Урановые и плутониевые технологии Сибирского химического комбината.
Самое важное. Самое полезное. Самое интересное...
Урановые и плутониевые технологии Сибирского химического комбината.
Атомный проект СССР начинался как вынужденный ответ на совершенно реальную опасность ядерной бомбардировки территории нашей страны, исходившую от США – страны, которая в 1945 году стала единственным в мире государством, обладавшем атомным оружием. Доктрина «первого удара» была разработана и принята уже в 1946 году – кстати, она остается в силе и в настоящее время, характер и привычки «оплота свободно мира» с годами не меняются. Ученые-атомщики, собравшиеся в США в конце 30-х годов как в самом безопасном от европейского нацизма месте, организационно объединенные американцами в Манхэттенский проект, уже в 1942 году смогли покорить энергию, скрытую в ядрах самого тяжелого на Земле металла – урана.
В 1942 году группа специалистов под руководством Энрико Ферми, смогла реализовать управляемую цепную реакцию деления, создав первый в мире ядерный реактор. И с этого момента атомная энергия ядра в США стала развиваться с одной конкретной целью – создать самое мощное в истории человечества оружие, способное уничтожать десятки и сотни тысяч людей в результате взрыва единственного боеприпаса. Инициатива именно такого развития атомного проекта исходила именно от европейских ученых – они не понаслышке знали, какую опасность для всего человечества представлял собой гитлеровский режим, здраво оценивали уровень развития атомной физики в Германии и потрясающие способности Нобелевеского лауреата Вернера Гейзенберга, который согласился работать на новое правительство. Эдвард Теллер, Лео Сциллард, Юджин Вигнер, Альберт Эйнштейн были убеждены, что нацистская Германия будет двигаться по пути создания атомного оружия, и это по их инициативе руководство Штатов приняло решение о необходимости опередить группу Гейзенберга.
Стратегических направлений в Манхэттенском проекте было сразу два, которые условно можно назвать «урановым» и «плутониевым». Эдвин Макмиллан и Филипп Абельсон на циклотроне Лоуренса смогли впервые получить атомы нептуния-239 и выяснили, что конечным результатом его радиоактивного распада с периодом полураспада всего в 2,3 суток является плутоний-239. Льюис Тернер смог рассчитать теорию цепной реакции плутония-239, завершив свою статью знаменательными словами:
«Плутоний-239 является идеальным ядерным топливом, которое можно использовать для получения цепной реакции деления».
Почти одновременно с этими исследованиями работавшие в Англии немецкие физики Отто Фриш и Рудольф Пайерлс выяснили, что критическая масса урана-235, которой достаточно для создания атомной бомбы, составляет всего несколько килограмм. Американцы не стали теоретизировать дальше – было принято решение о необходимости создания обеих технологий сразу, технологии обогащения природного урана по содержанию изотопа уран-235 до 90% и технологии по производству плутония-239. В обоих случаях Манхэттенскому проекту сопутствовала удача, результаты которой и увидел мир в августе 1945 года. Боезаряд бомбы, взорвавшейся над Хиросимой, состоял из урана-235, боезаряд бомбы, уничтожившей Нагасаки – из плутония-239.
Советская разведка, действовавшая в США, опираясь на помощь некоторых участников Манхэттенского проекта, получила достаточно большой объем сведений для того, чтобы Спецкомитет по атомной энергии, созданный 20 августа 1945 года, не тратил время и усилия для работы с другими химическими элементами: перед группой ученых под руководством Игоря Курчатова была поставлена задача вести исследования по урану-235 и по плутонию-239. Из этого изначального плана появилось одно не очень явное следствие, которое отражается на внутренней структуре атомной корпорации Росатом и в наше время. Для производства плутония потребовалось создать не только сами ядерные реакторы, но и урановое топливо, которое в данном случае служило исходным материалом. Машиностроительный завод в Электростали хронологически стал первым из числа тех, которые перешли в ведение Спецкомитета, и именно этот завод производит ядерное топливо и в наши дни, но уже для энергетических и исследовательских реакторов. Логично, что МЭС входит в состав топливного дивизиона Росатома – ТВЭЛ.
Освоение технологии обогащения урана также началось на самых первых этапах становления нашего отечественного атомного проекта, это тоже было необходимо для решения оборонительных задач. Предприятия, которые обогащали уран для целей создания атомного и термоядерного оружия освоили сначала диффузионный метод, а позднее и обогащение при помощи газовых центрифуг. Эти же предприятия занимаются той же работой и сейчас – они обогащают уран для энергетических и исследовательских реакторов, и организационно они тоже входят в состав ТВЭЛ. Следовательно, анализируя нынешний уровень развития топливного дивизиона Росатома, мы, вольно или невольно, сталкиваемся с необходимостью возвращаться в историю зарождения атомного проекта. Конечно, можно обходиться и без таких исторических экскурсов, но тогда невозможно понять, что происходит на предприятиях ТВЭЛа сегодня, почему ситуация в городах присутствия складывается так, а не иначе.
К примеру, становится невозможно оценить уровень идиотизма руководства позднего СССР, стараниями которого комбинаты, ранее производившие оружейный уран и плутоний, имевшие уникальные технологии создания сверхчистых материалов и многие другие хайтэк направления, по программам конверсии занимались производством мебели и унитазов. В результате мы не сможем оценить, в каком положении принимал созданный в 2007 году Росатом «хозяйство» министерства среднего машиностроения, какие проблемы приходилось, да и сейчас еще приходится решать ТВЭЛу для того, чтобы сохранять и развивать атомные технологии как основу для инновационного развития всей России. С этой точки зрения первые десять лет существования постсоветской России приходится рассматривать как некий аналог гражданской войны, буйствовавшей на всей территории страны, войны безжалостной, направленной на уничтожении самих перспектив сохранения и развития нашей страны. Нынешний уровень Росатома достигнут не благодаря, а вопреки тому, что происходило на протяжении десятка лет, и именно на предприятиях атомной корпорации лихие 90-е оставили самый серьезный след. Ведь уже в конце 80-х, после подписания важнейших договоров о прекращении ядерной гонки вооружения, атомная отрасль оказалась в тяжелейшей ситуации – оборонный заказ снижался не на проценты, а в разы.
В 1991-м к объективной необходимости сокращения производства дополнительными нагрузками стали разрыв производственных связей с бывшими союзными республиками и повальная бездумная приватизация предприятий во всех отраслях экономики, при этом продолжался простой со строительством новых АЭС. То, как Росатом и ТВЭЛ выбирались из всего этого – еще одна причина того, что рассказывать о предприятиях топливного дивизиона нужно без спешки, и загадкой пока остается вопрос, в какой раздел «Библиотеки Геоэнергетики» придется размещать эти статьи: в «Атомный проект СССР» или в «Путешествия по Росатому».
Аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru уже писал о том, как на комбинате-817 был запущен первый промышленный атомный реактор СССР, на котором и был наработан оружейный плутоний для нашей первой атомной бомбы, РДС-1. На этом комбинате, который сейчас называется производственное объединение «Маяк», были разработаны и освоены технологии отделения плутония от урана и производства металлического плутония – этого удалось добиться к июню 1949 года. Разработка и создание технологии обогащения урана шла не так стремительно и успешно – комбинат-813, нынешний Уральский электрохимический комбинат в городе Новоуральске Свердловской области выдал первую продукцию только в 1949 году. Стараниями Отдела «С», которым руководил Павел Судоплатов, руководству Спецкомитета было известно, что для обогащения урана американцы успешно использовали диффузионный метод разделения изотопов – именно эту технологию и создавали в ССССР специалисты под руководством Исаака Кикоина. В нашей стране имелись наработки и по методу разделения изотопов при помощи газовых центрифуг, но только в начальном состоянии и, хотя о них не забыли, отложили их развитие на более поздний период.
Одной из характерных черт стиля работы Спецкомитета было постоянное тесное общение его руководителей друг с другом и понимание ценности каждого специалиста, привлеченного к работе. Ошибок на первых этапах было предостаточно, но никакие репрессивные меры к тем, кто эти ошибки допускал, не предпринимались – Спецкомитет учился на этих ошибках, учитывал их причины и мгновенно использовал этот опыт для масштабирования работ. Как только стало ясно, что на комбинатах-817 и 813, «Маяк» и УЭХК удалось освоить производство плутония и урана-235, Спецкомитет принял решение о строительстве комбината-816, на котором было запланировано производство и того, и другого в едином комплексе, на одной производственной площадке. Решение Спецкомитета было оформлено 26 марта 1949 года как постановление Совета министров СССР «О строительстве Зауральского машиностроительного завода», который в настоящее время носит название «Сибирский Химический Комбинат», СХК.
В отличие от мест, в которых строились комбинаты 817 и 813, место под строительство нового объекта атомной промышленности было значительно более обжитым. В 50 км от областного Томска в 1947 году министерство речного транспорта вело изыскания месторасположения планировавшейся к строительству речной судоверфи и нашло подходящий вариант – место впадения реки Большая Киргизка в реку Томь. Но Минречфлот предполагает, а Спецкомитет располагает – годом позже 1’115 гектаров территории были переданы министерству транспортного машиностроения, а на берег Томи высадились инженеры-проектировщики ГСПИ-11 (государственный специальный проектный институт №11, нынешний ВНИПИЭТ, Всероссийский Научно-Исследовательский и Проектный Институт Энергетической Технологии»).
Две реки, одна из которых судоходная, близость Томска с его выходом на Транссибирскую магистраль – потенциальные решения для поставки оборудования и для охлаждения атомных реакторов. Больше того – в довоенное время здесь располагался детский исправительный лагерь «Чекист», в годы войны в производственных корпусах работал филиал Харьковского машиностроительного завода. А это не только более-менее подходящие цеха, но еще и небольшой жилой поселок, водозаборная станция, подведенная ЛЭП, телефонная связь и даже собственная узкоколейка. Вердикт ГСПИ-11 был положительным, и сразу после появления постановления Совета Министров крайне оперативно развернулась большая стройка. Научным руководителем будущего комбината был назначен Исаак Константинович Кикоин, который в группе Курчатова отвечал за диффузионное обогащение урана и только что обеспечил сдачу в эксплуатацию обогатительного комбината в Свердловске-44 (Новоуральске).
Менее полугода потребовалось ГСПИ-11 на разработку комплексного проекта – строить предстояло одновременно вспомогательные предприятия, жилье, дороги и объекты комбината. Летом 1949 на площадку стали прибывать строительные батальоны и заключенные, к концу года работы вели уже 15 тысяч человек, из которых почти 11 тысяч – заключенные. Поскольку истории о том, как «беспощадные надсмотрщики измывались над бесправными каторжанами, которые гибли на атомных стройках просто сотнями тысяч» бесконечно кочуют по просторам всевозможных сочинителей, остановимся чуточку подробнее на том, как все это было организовано в реальности.
Прежде всего, на общестроительные работы Спецкомитета никогда не попадали осужденные по «политической» статье 58 УК – только получившие сроки за бытовые и хозяйственные преступления, причем только из числа тех, кому сидеть оставалось не менее трех лет, «текучка кадров» никого не устраивала. В Томске-7, как именовался Северск в секретных документах (он же – Почтовый ящик №5), работа заключенных начиналась со строительства сборно-каркасных бараков казарменного типа с центральным отоплением из расчета 4 кв. метра на человека. Лагерей было несколько – на 2-3 тысячи человек каждый, и в каждом строились: столовая, клуб с библиотекой, школа-десятилетка, здравпункт, а уже в 1950-м году здесь появилось еще и профтехучилище. К началу 1953 года на строительстве комбината-816 было задействовано 34 тысячи заключенных, которые практически всем составом подпали под действие амнистии марта 1953 года. 12 тысяч человек никуда уезжать не стали, остались на своих рабочих местах, перейдя в категорию вольнонаемных.
Комбинат начинался с прокладки дорог, строительства жилья, но одновременно велся огромный объем промышленного строительства – были возведены кирпичный, бетонный и арматурный заводы, одновременно строились ТЭЦ и котельные, в Томске строили вторую очередь ГРЭС. Синхронно со всем этим начался нулевой цикл здания завода «И», он же объект №5 – здание, в котором предстояло возвести атомный реактор «И». Фундамент объекта №5 – это 3’000 кубометров извлеченной земли в тот момент, когда механизация строительства еще не успела начаться, то есть грунт извлекали вручную, в условиях сибирских 30-40 градусных морозов. Терять время на ожидание бульдозеров и экскаваторов было нельзя – сроки были предельно сжатыми. Завод «И» для комбината-816 был головным, поэтому его строительство и было начато первым, и в те же сроки было начато возведение крупной береговой насосной станции. Воды требовалось много – для строящихся ТЭЦ, для самих строителей, для охлаждения реактора, который еще только предстояло создать, для диффузионного, сублиматного, радиохимического и химико-металлургического заводов.
г. Северск
Реакторы Северска строились для наработки оружейного плутония, радиохимический завод предназначался для его химического выделения из облученного урана. Уран, обогащенный на диффузионном заводе (его название – завод разделения изотопов, оказалось более точным и более долговечным, поскольку сохранилось и после перехода на газовые центрифуги). Химико-металлургический завод – предприятие, на котором из урана и плутония оружейной чистоты производились детали изделий, окончательная «сборка» которых проходила в КБ-11. Этим химико-металлургический завод Северска принципиально отличался от завода с таким же названием в составе «Маяка» – на Урале работали только с плутонием. О том, как строились и какими были ядерные реакторы Северска, мы писали подробно, поэтому в этот раз подробнее рассмотрим историю и настоящее остальных заводов СХК.
Логика структуры комбината, который был возведен на берегу Томи, определялась производственными задачами, которые поставил перед ним Спецкомитет. «Плутониевая» цепочка начинается с промышленных реакторов, облученные урановые блочки из которых для получения плутония требуют наличия радиохимического производства. «Урановая» цепочка должна начинаться с сублиматного завода, на котором из закиси-окиси урана, поступающей с горно-обогатительных комбинатах необходимо получить гексфторид урана. Это химическое соединение обладает очень полезным физическим свойством – при нагреве свыше 56 градусов Цельсия этот порошок превращается в газ, минуя стадию жидкости. Для обеспечения работы реакторного, сублиматного и диффузионного заводов требуется целый ряд вспомогательных подразделений – контроля, автоматики, блокировок, систем защиты, очистных сооружений, лабораторий измерительных, исследовательских и контролирующих, мастерские по ремонту оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры.
После того, как получены химические соединения урана и плутония проектного изотопного состава, эти химические элементы нужно превратить в металлы, которые предстоит обрабатывать на литейном механическом производстве, то есть еще одной структурной единицей СХК должен был стать химико-металлургический завод. Еще одно подразделение, начинавшееся с насосной станции №1 и выросшее до масштабов отдельного завода «Гидроэнергоснаб» необходимо для обеспечения электроэнергией и водой всех перечисленных заводов. В 1968 году двухцелевые реакторы Сибирской АЭС обеспечивали СХК электроэнергией, а с 1973 года еще и тепловой энергией, но до этого времени эти задачи выполняла угольная ТЭЦ. Немало, не так ли? Учтем, что одновременно с возведением всех этих заводов, цехов химического производства (сублиматный завод требовал отдельных цехов, в которых производился фтористый водород, радиохимический завод требовал производства плавиковой и серной кислоты, реакторным цехам требовался жидкий азот и так далее) строились склады, жилье для персонала, вся социальная городская инфраструктура растущего города Северск – школы, больницы, библиотеки, стадионы и спортивные клубы и так далее.
С 1949 года много лет Северск представлял собой «гигантский муравейник», причем «муравейник» был еще и строго охраняемым – режим секретности с этого уникального комбината не снимался до конца 80-х годов прошлого века. Не удивительно и то, что ГСПИ-11 и ГСПИ-12, которые проектировали одновременно все объекты СХК и города Северск с трудом справлялись с заданным темпом, особенно с учетом того, что ряд производств не имел аналогов, порой приходилось что-то доделывать на ходу или вообще переделывать.
Проект СХК был разработан в течение 1949-1950 годов, и с 1951 года началось гигантское строительство. Объект «Т», объект №1, который теперь имеет аббревиатуру ЗРИ (завод разделения изотопов) строили с учетом опыта, полученного при строительстве и эксплуатации диффузионного производства на Уральском электрохимическом комбинате, но оборудование в Северск приходило уже более совершенное, чем то, что доставалось Новоуральску. СХК изначально вооружался диффузионными машинами Т-47, Т-49, ОК-30 и Т-56. Для их монтажа, который начался уже в 1952 году, из Новоуральска прибывали опытные специалисты, что позволяло вести работу в жестком ритме. Пуск первой очереди ЗРИ прошел 28 июля 1953 года, первый сибирский оружейный уран был получен 6 августа 1955 года, а на полную мощность диффузионное производство на СХК вышло в 1961 году. К этому времени завод получил собственный информационно-вычислительный центр – в 1960 году в Северск была поставлена одна из первых советских ЭВМ «Урал». Это для нашей гражданской промышленности слово «цифровизация» звучит в новинку, а военные атомщики сделали ее частью своего производства более полувека тому назад.
Первые партии гексафторида урана, который был отправлен в диффузионные машины СХК, был «не местным», его привозили из Новоуральска, пока в 1954 году эту продукцию не начал выдавать сублиматный завод. Опоздания тут не было, именно так планировали изначально.
Строительство и ввод в строй радиохимического завода продолжалось около десяти лет, причиной стало то, что СХК стал первым предприятием Минсредмаша, на котором изначально проектировались очистные сооружения, система фильтрации и переработка высокорадиоактивных отходов, эти технологии пришлось разрабатывать с нуля. Первая очередь завода была запущена в 1961 году, до 1967 года для выделения плутония использовалась ацетатная технология, затем была освоена ионообменная, с 1983 года на СХК впервые в отрасли освоили экстракционные методы разделения. В 1981 году был прекращен сброс промышленной воды в бассейны Б-1 и Б-2, чуть позже появилась и была использована технология их промывки – методов борьбы за снижение радиоактивности становилось все больше. К 1996 на СХК была освоена технология глубинного захоронения высокоактивных отходов, и снова комбинат стал первопроходцем этого направления, причем не только в России.
Химико-металлургический завод на СХК начали возводить только в 1958 году – Минсредмаш несколько лет колебался в выборе между Северском и Железногорском. Вероятнее всего, решение в пользу СХК было сделано в связи с тем, что Андрей Анатольевич Бочвар и его НИИ-9 (нынешний ВНИИНМ им. А.А. Бочвара) настояли на том, чтобы на новом заводе были объединены технологии обработки плутония и урана оружейной чистоты. Проектированием завода занимался ГСПИ-12, но за научное руководство отвечал именно НИИ-9, тесно взаимодействовавший с КБ-11 – ядерные оружейники помогли с освоением производства компонентов ядерных боезарядов. Химико-металлургический завод состоял из четырех цехов – плутониевого, уранового, литейно-механического и цеха герметизации упаковки готовой продукции, чуть позже появилось вспомогательное подразделение, на котором перерабатывали отходы литейно-механического производства (плавка и последующая регенерация). В июле 1961 на заводе прошла первая плавка металлического урана, в декабре 1962 – первая плавка плутония, но подробности того, что происходило здесь в те годы, если и станут известны, то очень не скоро. Точная статистика есть только одна – за годы работы завода на ядерно-оружейный комплекс были зарегистрированы 282 изобретения, касавшиеся производства конечной продукции. И еще одна подробность, говорящая об уникальности работавших на заводе специалистов – до 1980 года здесь использовались металлорежущие станки исключительно с ручным управлением, при этом допуски на компоненты ядерных боезарядов были в сотые доли миллиметра.
Кроме всего перечисленного, в составе СХК работало множество лабораторий – необходимо было контролировать весь парк промышленного оборудования, качество выпускаемой продукции, одна за другой были созданы лаборатории химического анализа, масс-спектрографического анализа, физических исследований, радиохимического анализа, лаборатория автоматизированных систем управления технологическими процессами на всех заводах и так далее. В те годы, когда обогащение урана осуществлялось диффузионным методом, шли постоянные работы по совершенствованию фильтров, и по инициативе Исаака Кикоина на заводе разделения изотопов был создан Стенд-20 – опытная установка, на которой шли проверки фильтров при промышленных нагрузках. С 1971 года начался переход на газовые центрифуги, и это было не самым быстрым процессом – СХК не имел права прекращать выполнение оборонных заказов, полный переход был завершен только к 1990 году. Сотрудникам достаточно долгое время требовалось умение контролировать обе технологии, поэтому в начале 70-х годов на ЗРИ появился Стенд-400, созданный специально для обучения персонала работе с газовыми центрифугами. Даже постепенный переход на центрифуги снизил потребление электроэнергии вдвое, на столько же выросла производительность завода.
К 1985 году СХК достиг своего полного расцвета: на проектной мощности работали пять реакторов, на которых нарабатывался плутоний, Сибирская АЭС работала на 1’600 МВт проектной мощности, бойлерный центр обеспечивал теплом Северск и немалую часть жилищного фонда Томска, обогащался уран, производился плутоний, на металлургическом заводе производились компоненты ядерных боезарядов, исправно работали все лаборатории, вычислительный центр перешел на новейшие для того времени АСВТ-6000 и СМ-2М, очистные сооружения и переработка радиоактивных отходов все лучше решали проблемы борьбы с радиоактивностью. Население Северска перевалило за 100 тысяч, в городе работали более полутора десятков средних школ, филиал Томского политехнического института, театры, музеи, дома культуры и библиотеки, комбинат построил стадионы «Трактор» и «Янтарь», спортивные, музыкальные, художественные клубы для школьников города. А дальше произошло нечто парадоксальное – пока планета радовалась тому, что СССР и США в результате переговоров согласились на взаимное сокращение ядерного оружия, что прекратилась гонка вооружений, Северск переживал крайне сложный этап. С 1987 по 1994 годы объем оборонного заказа сократился в шесть раз, были окончательно остановлены три реактора из пяти.
Советскую власть и плановое развитие экономики есть за что уважать, но на страницы «Комплексной программы конверсии СХК» 1989 года смотреть без горькой усмешки просто невозможно. Правительство СССР на полном серьезе предполагало развернуть в цехах уникального комбината производство оборудования молочной промышленности, сантехнических смесителей, кухонной мебели, металлической и пластмассовой посуды. Сложно заставить себя поверить, что эту «программу» составляли люди в здравом уме и твердой памяти, но это происходило в той странной реальности заката Советского Союза, через которую прошла Россия. Комбинат, который еще в 1969 году начал производить промышленные партии нептуния, где освоили технологию выделения из плутония тория-234, где умели производить стабильные изотопы вольфрама, селена, олова, серы, криптона, ксенона и – смесители горячей и холодной воды с табуретками для кухонь. Как СХК сумел пережить это лихолетье? Исключительно благодаря тому, что в Северске вовремя поняли, что спасение утопающих – дело рук самих утопающих, но это уже отдельная история.
© 2009 Технополис завтра
Перепечатка материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши правила строже этих, пожалуйста, пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.
