Впрочем, можно назвать и несколько иначе — полцарства за «иглу». Угу-угу — я снова про то, что имеет страна-бензоколонка и как она живёт без айфона… Только в этот раз вынужден заранее попросить прощения: много технических деталей, без разъяснения которых понять, что к чему, зачем и почему — не получится.

Что происходит внутри атомного реактора, если на пальцах? Ядерная реакция — в реакторе созданы условия для того, чтобы ядра атомов урана успешно разваливались, без взрывов выделяя при этом энергию, которую мы научились использовать себе во благо. Помните школьное: «в ядро атома попадает нейтрон, выбивает из него 2 нейтрона, те выбивают из следующих атомов ещё по 2 нейтрона»? Ну, вот оно самое. Но, как нам известно из политики — разваливается только то, что подспудно к развалу готово: есть атомы, которые после удара нейтрона разваливаются, но куда больше тех, которым такие удары глубоко по барабану, стучи ты в него или не стучи. БОльшая часть атомов урана именно так себя и ведёт — не выколачиваются из него нейтроны, да и все тут. Ядро атома урана состоит из 238 протонов и нейтронов, и им вместе «хорошо». В 30-е годы прошлого века Энрико Ферми разгонял на ускорителе нейтроны и обстреливал ими уран: хотел, чтобы ядра «приняли» эти нейтроны внутрь себя и получились химические элементы тяжелее, чем уран. Стрелял-стрелял, да что-то никакого толка от этого не было. В 1939 два немца — Отто Ган и Фриц Штрассман смогли понять, в чем проблема: часть атомов урана разваливается на куски, выпуливая ещё и дополнительные нейтроны. Почему я про Гана и Штрассмана вспомнил? Чтобы напомнить: именно Германия, уже ставшая гитлеровской, была ближе всех к созданию атомной бомбы. И это нам оказалось полезно — но уже после войны. А миру повезло с тем, что Гана больше интересовало, на что именно разваливаются атомы урана, а не то, как использовать «лишние» нейтроны. Этими «лишними» нейтронами занялись американцы, результат их трудов на себе почувствовали японцы в 1945-м году…

Так что такое с ураном-то? То он делится, то он не делится… БОльшая часть природного урана — 99,3% - это уран-238, в нем никакая цепная реакция не идёт. Но есть среди атомов урана и отщепенцы — уран-235, у которых в ядре на 3 частицы меньше. Вот эти «оппозиционеры», как и всегда, воду мутят и не дают спокойно жить. Прибывший нейтрон разваливает уран-235 на куски, при развале урана-235 и идёт выделение той самой энергии, которая может и города в куски разрывать, и мирно греть воду, которая крутит турбины атомных электростанций. Но, развалившись, уран-235 превращается в атомы других элементов, которые больше участия ни в каких таких полезных нам ядерных реакциях участвовать не желают. Развалился уран-235 один раз — и все, в дальнейшей игре он уже не участвует. Значит, чтобы реактор работал долго, урана-235 надо много. Как этого добиться? Ну, либо берём гору природного урана, либо добиваемся того, чтобы урана-235 в нем было не 0,7%, а больше.

Поэкспериментировали — выяснили, что если уран-235 в куске природного будет 5−7%, получится то, что надо: гореть будет спокойно, без взрывов, гореть будет достаточно долго, отдавая человеку нужную ему энергию. Поскольку человеки завсегда думают про деньги, процесс увеличения концентрации урана-235 в природном уране-238, они назвали «обогащением». Ну, так уж мы устроены)

Короче: хотите, чтобы уран был полезен для АЭС — обогащайте его. Хотите, чтобы уран взрывался в едрен-батонах — обогащайте его. Тут и встал вопрос: а как этого добиться-то? Ну, вот лежит перед тобой кусок урана — как выкинуть из него лишние атомы-238 и оставить только атомы-235? Задачка… Достаточно быстро удалось выяснить, что уран легко присоединяет к себе атомы фтора, превращаясь в кристалл, которому нужно всего 56 градусов тепла, чтобы стать газом. Если точнее — смесью газов. В одном из них атомы чуть крупнее и чуть тяжелее — это фтор с ураном-238. Второй газ состоит из атомов чуть поменьше и чуть полегче — фтор с ураном-235. Ну — разделяй и властвуй!

Изначально физики прицепились к словам «больше — меньше». Ставим сетку, прогоняем через неё газ — уран-235 проскочил, уран-238 застрял, мы в дамках. Собственно, проблемой разделения изотопов теоретически начал заниматься ещё в начале 30-х сам Пауль Дирак — звезда первой величины в физике. Группа учёных под его руководством сделала расчёты и для изотопов урана, по которым получалась, что разделение при помощи центрифуг — антинаучная утопия. Как происходит разделение при помощи центрифуги? Да по тому же принципу, по которому в сепараторе делают масло из молока. Берём ось, которая будет вращаться, вставляем в бочку, наливаем в неё молоко. Раскручиваем как следует ось — масло на оси, все, что легче — на стенках. Делов-то! Вот только расчёты теоретиков показали: для того, чтобы лёгкие атомы урана-235 отделить от тяжёлых атомов урана-238, ось центрифуги должна вращаться со скоростью не менее 1200 оборотов в … секунду. Так не бывает — вот вердикт физиков. Нет таких моторов, никакой металл для оси не выдержит такую нагрузку, никакие подшипники не выдержат такой скорости, никакой материал для стенок не пройдёт частоту резонанса (ось набирает скорость постепенно, и обязательно проходит так называемую «критическую частоту», совпадающую с частотой резонанса стенок центрифуги. Помните роту солдат на каменном мосту, шагающей нога в ногу, из-за чего мост просто разваливается?), не разлетевшись на куски. «Безнадёга!» — сказали большие физики. Yes! — ответили американцы и в «Манхэттенском проекте» стали заниматься исключительно сетками. Научное название метода — «диффузионное разделение»: газ ведь проходит сквозь сетку, а в физике такой процесс и называют диффузией. Как работается с этими сеточками? Кропотливый труд: одна сетка отделяет 1,0002 так нужного атома урана-235. Чтобы добраться до нужных для АЭС 7% урана-235 нужно поставить друг за другом 1 500 сеток. Сама сетка — произведение инженерного искусства. Величина дырочек в ней — 0,000 01 мм, при этом сетка должна выдерживать температуру под 100 градусов, материал должен не бояться постоянной радиации. И таких сеток нужны тысячи и тысячи. На функционирование каскадов этих сеток уходит прорва электроэнергии: даже после 50 лет усовершенствования этого метода на единицу разделения (прим. — Единица работы разделения (ЕРР, англ. Separative work unit, SWU) — единица работы по разделению изотопов. Для определённого изменения изотопного состава определённой смеси требуется одинаковое количество ЕРР, независимо от технологии разделения изотопов. Рыночная стоимость ЕРР около 130 долларов США) тратилось
2 500 кВт*ч. Но результаты таких трудов и таких затрат того стоили — благодаря этим самым сеточкам американцы не только уничтожили Хиросиму и Нагасаки, но и могли строить планы ядерной бомбардировки городов СССР.

В СССР в декабре 1945 года работа по созданию диффузионных производств была поручена Исааку Константиновичу Кикоину. Один из плеяды блистательных советских учёных, ставший доктором физических наук в 27 лет, в годы войны Кикоин занимался, как и вся страна, спасением страны. За изобретение и внедрение в производство магнитных взрывателей для противотанковых мин Кикоину в 1942 была присвоена Сталинская премия. А чуть позже, 28 сентября 1942 настал день, который можно считать днём рождения атомного проекта в СССР. В этот день вышло постановление ГКО (государственного комитета обороны) номер 2352с — «Об организации работ по урану». Исаак Кикоин стал одним из первых, кого привлекли к этой работе, потому и в 1945 от предложения Лаврентия Павловича Берии возглавить 2-й отдел Лаборатории номер 2 в Спецпроекте Исаак Константинович и не думал отказываться. Времени с той секретной поры прошло много, теперь даже можно «перевести на русский» задачу, которая была поставлена Кикоину. Тогда это звучало так: «Обеспечить строительство завода номер 813 в Свердловске-44». Что-нибудь понятно? Перевод: создать проект и обеспечить строительство завода газо-диффузионного обогащения урана в новом закрытом городе. Не в городке, а именно в городе — в советские времена населения там было 150 тысяч человек. Завод и сейчас работает, хотя давно уже перешёл на центрифуги. Это — Уральский электрохимический комбинат в городе Новоуральске Свердловской области. Задание было успешно выполнено, свидетельством чему и стал взрыв в Семипалатинске нашей Бомбы номер 1 уже в 1949 году.

Но Лаврентия Берия не был бы Берией, если бы не делал свою работу с «перезакладом». Сеточки с диффузией — дело хорошее, но стоит ли сбрасывать со счетов центрифуги? Расчёты Дирака показали, что надо именно сбросить, но это всего-навсего Дирак, да и сказал он это не на допросе в НКВД… Лаврентий Павлович прекрасно знал, что теоретические расчёты группы Дирака экспериментально пытались перепроверить в Германии. По этой причине лагеря военнопленных внимательно проверяли в поисках именно этих специалистов. В конце сентября 1945 в лагере в Познани сверхштатный сотрудник Ленинградского физтеха (да-да, именно так звучала эта должность) Лев Арцимович обнаружил бывшего сотрудника фирмы «Сименс» Макса Штеенбека. А, собственно, где должен был находиться один из разработчиков кумулятивного заряда для фаус-патронов? Жить бедолаге оставалось недолго — если бы не Арцимович. Для Льва Андреевича Штеенбек был не заурядным нацистом, а одним из ведущих специалистов в физике плазмы, автором двухтомного учебника для вузов. В общем, Лев Андреевич предложил Штеенбеку, как это сейчас говорят, очень выгодный контракт — 10 лет поработать гастарбайтером в СССР, а тот и не отказался, причем совершенно добровольно. Удивительно, правда? Безработица в послевоенной Германии — и только она! — помогла группе сверхштатных сотрудников всяческих советских научных институтов набрать ещё около 7 000 таких же добровольцев. Правда, все они в своих мемуарах называли этих самых сверхштатных сотрудников исключительно «офицерами НКВД», но это все, конечно, какое-то массовое заблуждение. 300 человек из них решили, что им очень хочется работать в городе Сухуми, где в 1951 году и был создан широко известный в узких кругах Сухумский физико-технический институт. Возглавил его, само собой, очень уважаемый в научных кругах специалист — генерал НКВД Кочлавашвили. И я не ёрничаю ни разу: уважали его немецкие учёные, даже очень уважали. Попробовали бы не уважать — были бы гастарбайтерами не 10 лет, а все 20…

Группе Макса Штеенбека было поручено перепроверить возможность обогащения урана при помощи центрифуг. Штеенбек собрал всех, кто мог быть полезен — около 100 человек, в числе которых оказался и инженер Гернот Циппе. Инженерил он при Гитлере по поводу радаров и совершенствования самолётных пропеллеров, вот и испытал в 1945 году неимоверную тягу поработать в СССР годиков так с десяток. Бывает…

Работали немцы старательно, дисциплинированно и достаточно результативно. Но мы ведь помним, кто руководил Спецкомитетом? Мог этот замечательный человек доверять этим славным людям безоговорочно? Ответ очевиден. Поэтому рядом с немцами появился ещё один инженер (а не соглядатай, как некоторые могли подумать) — Виктор Иванович Сергеев. Этот молодой парень (1921 года рождения) перед войной учился на инженера в МВТУ, Какие это были люди и какое было время… С начала июля 1941 Виктор Сергеев — доброволец Бауманской дивизии народного ополчения Москвы. Уцелел, выжил. С января 1943 участия в боях больше не принимал, поскольку получил совсем другое задание: ему было поручено изучать и находить самые слабые места в конструкциях «Тигров», «Пантер» и прочих «Фердинандов». К концу войны Виктор Сергеев прекрасно разбирался в том, как работает немецкая инженерная школа и — где чаще всего допускает ошибки. Так что рядом с Штеенбеком он оказался совершенно не случайно. Умел Берия подбирать кадры — ой, как умел!.. Виктор Иванович Сергеев, Герой Социалистического Труда, наш секретный Инженер с большой буквы, оказался в нужное время в нужном месте. Чертовски хочется дожить до тех дней, когда имя Виктора Сергеева будет знать и помнить вся Россия!

Штеенбек решил проблему подшипника — его стараниями этот узел вообще исчез из конструкции центрифуги. Нижняя часть оси опирается на иглу, которая стоит на подложке из очень твёрдого сплава. Пока немцы экспериментировали с этим сплавом, пришёл Сергеев и все упростил: немцы просто не были в курсе, что в Армении ещё до войны научились выращивать искусственный корунд — второй по твёрдости минерал после алмаза. С такой же душевной простотой был решён и вопрос с материалом самой иглы. Центрифуги в России продолжает выпускать Владимирский завод «Точмаш». Заводу много лет: основан он был в 1933 году, и назывался он тогда … Владимирский граммзавод. Выпускал самую что ни на есть мирную продукцию — патефоны и хромированные иголки к ним. Замечательные иголки, просто вот лучшие в мире. Немцы про этот завод были, как водится, не в курсе, а вот 30-летний парень Виктор Сергеев не иначе, как любил послушать патефон. Догадаться, что чуть ли не самый мирный завод может быть полезен для атомного проекта — это надо действительно обладать не шаблонным мышлением. Советская инженерная школа обеспечивала немалый кругозор…

Не думаю, что у Сергеева сложились хорошие отношения с группой Штеенбека: немцы прекрасно понимали, что этот человек занят поиском их ошибок и недочётов. Найди он их в слишком большом количестве — и контракт на гастарбайтерство в СССР мог быть продлён автоматически… Ну, а уж сам герр Штеенбек, учёный с мировым именем, к крестьянскому сыну точно никакого пиетета не испытывал. В 1952 группу Штеенбека перевели в Ленинград, в конструкторское бюро Кировского завода, и это стало решающим моментом в истории «Советской иглы».

Позволю себе последнюю техническую подробность, поскольку она остаётся главной во всей работе по обогащению урана.

Газ с ураном — это ведь не молоко со сметаной, правда? Если кто-то сбивал масло в домашних условиях, то помнит, как все заканчивается: центрифугу надо остановить, ось вытащить и счистить с неё масло, а все прочее — слить в канализацию. Так то — масло, а тут — уран с его радиацией. Да и не «прилипает» газ к оси — а разделить надо. Сергеев предложил внутри центрифуги разместить так называемую трубку Пито, но Штеенбек поднял его на смех, поскольку никакая теория такого безобразия не допускала. Если ось вращается со скоростью 1 500 оборотов в секунду — с такой же бешеной скоростью вращается и газ, а потому любое препятствие обязано вызвать всяческие турбулентности, из-за которой разделённый газ снова смешается в «общую кучу», и вся работа по разделению пойдёт насмарку. Виктор Иванович пытался спорить, но переубедить упрямого немца не смог и — просто махнул на него рукой. Каким таким макаром Сергеев сумел «воткнуть» в центрифугу свою трубку, почему никаких таких турбулентностей не появляется — сие тайна велика есть. Но и обращение к Исааку Кикоину ничего не изменило. Группа Кикоина, без всякой связи с группой Штеенбека, разработала теорию обогащения на центрифуге — и точно так же упёрлась в ту же самую турбулентность. Но Сергеев не успокоился и сумел найти двух человек, которые просто поверили в его разработку — директора конструкторского бюро Кировского завода Николая Синева и одного их руководителей Средмаша генерала-маойра НКВД/КГБ Александра Зверева. На дворе стоял уже 1955 год, из жизни ушли Сталин и Берия, Спецкомитет стал «министерством среднего машиностроения», но «атомный генерал» Александр Дмитриевич Зверев остался в атомном проекте вплоть до своей смерти прямо на рабочем месте в 1986 году. Бывший профессиональный контрразведчик стал профессиональным атомщиком, с формулировкой «за заслуги перед атомной отраслью» в 1962 получил звание Героя соцтруда. О Звереве вообще можно книги писать, но давайте остановимся на том, что уже после истории с Виктором Сергеевым именно Александр Дмитриевич был руководителем государственной приемной комиссии по запуску нашего первого реактора на быстрых нейтронах — БН-350. Вот такие были люди в ведомстве Берии…

При поддержке Николая Синева и Александра Зверева Сергеев «продавил» через … партком конструкторского бюро Кировского разрешение на создание первой центрифуги. Но в одиночку он бы точно не справился, а потому усилиями все того же Зверева к работе был привлечён Иосиф Фридляндер. Это имя многое говорит специалистам авиастроения: из сплавов, разработанных Фридляндером, создавались и создаются корпуса и всяческие узлы Ту-16, Ту-95, Ил-86, Ил-96, МиГ-23, Су-30, Су-35, баки «Протона». Корпуса центрифуг первого поколения — это его заслуга. Корпуса, которые выдерживали давление, температуру, излучение. Поскольку в моем распоряжении только открытые источники, все, что я могу сказать про этот материал — так только то, что называется он «алюминиевый сплав 1960», он же — «сплав В96ц». Вот такая славная компания создала опытные образцы центрифуг, которые успешно прошли все испытания, и уже в 1958 году Владимирский граммзавод стал «Точмашем». Известны и слова Исаака Кикоина, видевшего, как все это происходило: «Да сделайте вы так, чтобы они работали, а теорию мы подгоним!» И подогнал, само собой. В 1953 году он стал академиком АН СССР. именно за теорию обогащения урана.

Таким было начало истории «иглы» — рождение и становление получились достаточно бурными, но это было только начало. От себя прошу попробовать запомнить имена тех, без кого атомный проект в его нынешнем виде был бы попросту невозможен. Кикоин, Штеенбек, Сергеев, Зверев, Фридляндер — каждый из них достоин памяти и уважения. Почти 60 лет назад их умом, настойчивостью страна-бензоколонка обрела технологию, позволившую обогнать производителей айфонов на десятки лет.

«Игла» в СССР и в России

Первый завод по обогащению урана на центрифужной технологии был построен в Новоуральске 4 октября 1957 года. Да-да, именно в тот день, когда весь мир узнал русское слово «Спутник». Вот про него знали все, а про начало новой эпохи в атомном проекте не только СССР, но и всего прочего мира — только те, кто имел к этому событию непосредственное отношение. Не стоит забывать, что у урана две ипостаси: он и топливо АЭС, и основа самого страшного оружия. Сравнивая работу по разделению урана при помощи диффузии и при помощи центрифуг самого первого поколения, Средмаш уже все понял: на одинаковый объем урана-235 центрифуги требовали электроэнергии в … 17 раз меньше, чем «сеточки». Соответственно диффузионный завод Д-1 был реорганизован в то, что нынче известно, как Уральский электрохимический комбинат.

Гарантии на первое поколение центрифуг были недолгими — три года. Первый блин, впрочем, комом не оказался — они проработали больше 10 лет, поскольку по ходу эксплуатации выяснилось, что самая большая страшилка центрифугам вовсе не грозит. А боялись … сейсмических колебаний. Ка-а-ак тряхнёт, как коснётся бешено вращающаяся «игла» неподвижной стенки, ка-а-ак разнесёт все на куски!!! Но выяснилось, что вращающаяся «игла» к колебаниям устойчива так же, как устойчив гироскоп при стабильной скорости вращения. И теперь «бочоночки» центрифуг высотой меньше метра стоят в три яруса и крутятся, крутятся, крутятся… Я вот пишу — 1 500 оборотов в секунду, даже не комментируя, а давайте попробуем представить, что это такое. Стиральные машины с пылесосами у всех есть — гляньте, сколько у них оборотов. 1 200 — 1 500 в минуту. Сколько времени они при таких оборотах могут работать — несколько часов? А «игла» центрифуги — в 60 раз быстрее и 30 лет без единой остановки. Поломки? Да, имеют место быть — 0,1% в год, такова статистика. Из тысячи центрифуг 1 за год может аварийно отключиться. Подшипников нет, «гореть» нечему. Поколения центрифуг обновлялись, в среднем, раз в 8 лет. Немножко увеличивалась скорость вращения, немножко улучшался материал корпуса и т. д. Эти «немножко» за минувшие годы снизили энергозатраты на единицу работы разделения в 10 раз, а вот производительность центрифуг — выросла, причём в 14 раз. «Уходят» поколения центрифуг неторопливо: в 2009 году, к примеру, выключили центрифуги пятого поколения, которые были раскручены в 1979 году — при Леониде Ильиче Брежневе. Грустно — не растёт ВВП, не работает «Точмаш» в три смены… А что взять с ватников? Сделали «бочонки» и давай водку с медведем пить… Ну, а если без анекдотов, то Виктор Сергеев, отладив работу центрифуг для урана, и не думал сидеть, сложа руки. Под его руководством созданы центрифуги для разделения изотопов самых разных химических элементов, Виктор Иванович продолжал работу до своего ухода в 2008 году. Люди этого поколения и этой закалки с работы уходили тогда же, когда и в мир иной…

Итоги вращения советско/российской «иглы» ежегодно подводит МАГАТЭ. Мировая мощность заводов по обогащению урана в 2015 году составила 57 073 тысячи единиц работы разделения. Мощность заводов компании ТВЭЛ — 26 578. 46,6% мировых мощностей. Впрочем, можно учесть ещё и Китай, в котором обогащение идёт на советских центрифугах шестого поколения — 4 220 тысяч ЕРР. Тогда российская доля производства топлива для АЭС получается 54%. Такая вот арифметика. И, напоследок — снова о Викторе Сергееве. Росатом продал Китаю завод по обогащению: в 2008 году в Шэньси за 1 миллиард долларов поставили каскады центрифуг 6-го поколения. Как китайцы умеют копировать технологии — известно: что угодно, быстро и дешевле оригинала. Российские центрифуги разобрали до последнего винтика — но вот на дворе уже 2016, а никакой информации о том, что китайцы справились с копированием технологии их изготовления, по прежнему нет. А в России Росатом в 2015 году запустил центрифуги 9-го поколения, после чего настало время для НИОКР поколения номер 10. О том, какие деньги на этом зарабатывает Россия, я расскажу позже — после того, как припомню историю приключений «иглы» в Европе, в США, в Пакистане, Северной Корее, в Иране, в Японии, Индии, Китае. Не просто ж так я придумал заголовок-то).