Как защитить А-бомбу?

Создателей ядерного оружия опасности подстерегали на каждом шагу. Те материалы, с которыми они имели дело и о которых было известно так мало, непрерывно преподносили «сюрпризы». Некоторые из них могли свести на нет усилия тысяч людей всего за два-три дня…

Свой норов и «отвратительный характер» (выражение академика Бочвара) демонстрировал плутоний.

Сейчас хорошо известно, что даже большой кусок металлического плутония превратится в кучу «трухи», если оставить его незащищенным во влажной атмосфере. Окисляется этот металл очень быстро, и попробуй предугадай это, если никогда в жизни с этим металлом не сталкивался и если его в природе не существует!

Весь комплекс металлургических и металловедческих проблем по созданию заряда для атомной бомбы был поручен Андрею Анатольевичу Бочвару. В 1946 году, когда он был привлечен к Атомному проекту, он уже был весьма известным ученым, академиком. Под научным руководством А. А. Бочвара был получен сплав плутония на заводе «В» комбината № 817, из которого сделаны детали первой атомной бомбы.

Впрочем, пока никаких деталей еще не было, а характер плутония был неизвестен. В распоряжение исследователей пока поступали миллиграммы делящихся материалов. Определить по ним характеристики материалов, измерить тепловые эффекты образования окислов, построить диаграммы состояния, – все это казалось невозможным. Конечно, сразу все выяснить не удалось, но уже вскоре стало понятным, что плутоний и ряд других материалов нуждаются в мощной коррозионной защите. Не будет ее – и вместо урана, плутония, других делящихся материалов конструкторы получат «говно», как грубо, но довольно точно определил сложившуюся ситуацию Берия.

Впрочем, поначалу особых волнений не было, так как аналогичная проблема с коррозией возникла и по металлическому урану, однако она вскоре была успешно решена.

15 августа 1946 года руководители Атомного проекта предоставили Л. П. Берии «Отчет о состоянии работ по проблеме использования атомной энергии за 1945 г. и семь месяцев 1946 г.». Документ был написан от руки в единственном экземпляре. Предназначался он, конечно же, для Сталина. В этом отчете суммировалось все, что было сделано за год, прошедший после бомбардировки Хиросимы и Нагасаки.

В документе довольно подробно рассказано, как именно будет осуществляться защита урановых блочков от коррозии и какие материалы нужны для создания уранового котла:

«Металлический уран подвергается сильной коррозии под действием горячей воды, и поэтому цилиндрические блоки, выпускаемые заводом № 12, не могут быть применены в котлах без предохранения их поверхности от действия воды специальной защитной оболочкой.

Защитная оболочка должна быть абсолютно герметичной и иметь надежный контакт с поверхностью металлического урана…»

Далее в документе говорится о том, что создано четыре способа защиты урановых блочков, оболочки сделаны из алюминия…

«Было показано также, что пропускание токов силой 10 000 ампер через охлаждаемый водой урановый цилиндр не приводит к расплавлению урана и ухудшению оболочки.

Таким образом, задача защиты урана от коррозии также получает научно-техническое решение».

Однако вскоре выяснилось, что это заключение в отчете сильно преувеличено. Безусловно, те идеи, что появились в 1945 году, оказались весьма продуктивными: до нынешнего дня в атомной энергетике и промышленности применяются те же материалы и сплавы, что были найдены тогда, но реализация их в реальных реакторах и «изделиях» оказалась намного сложнее. И уже тогда стало ясно, что для решения технологических проблем необходим специальный технологический научный центр. Выбор пал на Институт специальных металлов НКВД СССР. Он сразу же был переименовал в НИИ-9. В самый разгар работы над атомной бомбой его возглавил академик А. А. Бочвар.

В институте занимались всеми проблемами, связанными с радиоактивными материалами, но особое внимание уделялось плутонию, потому что сразу же после получения из Америки подробной информации об этом искусственном материале И. В. Курчатов понял: именно из плутония надо делать первый атомный заряд. Однако о плутонии почти ничего не было известно, в распоряжении ученых оказывались ничтожные его количества, да и коррозия съедала его столь стремительно, что поначалу это трудно было даже понять…

Сегодня НИИ-9 официально значится как Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. Бочвара (ВНИИНМ), но атомщики называют его «Плутониевым институтом» – так точнее и привычней.

Одна из первых лабораторий в НИИ-9 – по изучению коррозии. Возглавил ее Николай Алексеевич Изгаршев, член-корреспондент АН СССР. Это был ведущий специалист по электрохимии. Выбор на него пал не случайно: научные руководители Атомного проекта понимали, что именно электрохимии предстоит сыграть решающую роль в сохранении плутония от коррозии.

На юбилее ВНИИНМ в одном из научных докладов прозвучали такие слова:

«На плутониевые детали, предназначенные для первого атомного заряда, нанесли металлическое покрытие. Это позволило также защитить людей от воздействия альфа-излучения. Но главной задачей этого покрытия была все-таки защита плутония от взаимодействия с атмосферой воздуха, чтобы драгоценный металл, находясь уже в виде деталей требуемой формы и массы, сохранил весь комплекс свойств (прежде всего физических и механических) от момента изготовления деталей до момента взрыва атомного заряда. Надо сказать, что и сейчас, имея 50-летний опыт по защите делящихся материалов от коррозии, это непростая задача. Причиной коррозии является термодинамическая нестабильность металлического состояния плутония и урана в химически агрессивных средах, то есть сама природа металла».

«Любовь» урана и плутония к влаге стала главной «головной болью» технологов. Этот «союз» доставлял огромное количество хлопот, он требовал от ученых не только глубокого знания материалов, но и изобретательности, нестандартности мышления. Казалось, уран и плутоний проверяли талант тех, кто с ними работал.

Детали из урана перевозили в специальных контейнерах. Чтобы сохранить их получше, решили вводить инертный газ: мол, в такой среде коррозия будет идти медленней. Однако все произошло совсем иначе: темпы и масштабы коррозии резко возросли! В чем дело? Что происходит? Ответа не было… И тогда за проблему взялся сам академик Бочвар. Вскоре он установил, что на стенках адсорбируется влага, и именно она становится главной виновницей коррозии.

Из доклада на юбилее ВНИИНМ:

«Именно благодаря неиссякаемой энергии и настойчивости Андрея Анатольевича Бочвара были созданы подразделения коррозионной службы на предприятиях министерства.

Каждый раз, когда в ходе проведения выборочного контроля ядерных боеприпасов обнаруживались продукты коррозии, вставали три очень непростых вопроса – как это повлияет на работоспособность боеприпаса, кто виноват и что теперь делать? Комиссия должна была дать заключение о боеготовности данного типа ядерных боеприпасов. При анализе причин, приведших к коррозии деталей из урана или плутония, приходилось неоднократно обращаться к конструкторам-разработчикам, чтобы разобраться в особенностях конструкции данного боеприпаса и выяснить состав и свойства новых материалов, введенных в конструкцию. Практика обращения с делящимися материалами потребовала, чтобы все решения о применении новых материалов или внесении изменений в технологические операции принимали конструкторы и технологи по согласованию с коррозионистами НИИ-9. Постепенно совместными усилиями была обеспечена защита от коррозии деталей из урана и плутония при их изготовлении, хранении и во время боевого дежурства. Так были решены коррозионные проблемы для ядерных боеприпасов первых поколений».

До сегодняшнего дня коррозия цепко держит в своих лапах ученых и специалистов, не давая им ни минуты покоя. Надо хранить ядерный запас страны, оценивать его состояние, следить за его надежностью. Казалось бы, все уже известно о плутонии, об уране, о других делящихся материалах, известно и о том, как их защищать, но коррозия постоянно продолжает атаковать их с новых, неведомых сторон. Коррозия – это главный террорист в атомной промышленности. Вот почему, попадая в «Плутониевый институт», специалисты из США в первую очередь интересуются, как здесь ученые защищаются от коррозии. Что греха таить, далеко не все можно рассказывать коллегам из-за океана – даже спустя полвека некоторые секреты Атомного проекта остаются такими же важными, как и тогда…