К концу 1948 года в НИИ-9 на миллиграммовых количествах была разработана и проверена технология получения металлического плутония из его азотнокислых растворов.
Первые в нашей стране корольки металлического плутония массой менее одного миллиграмма были получены в июне 1948 года, а массой до 10 миллиграммов и более начали получать с 10 сентября 1948 года в металлургической лаборатории (научный руководитель - А. Н. Вольский) отдела "В" (научный руководитель - А. А. Бочвар) в группе Я. М. Стерлина. Окончательная отработка технологии производства плутония высокой чистоты проводилась в производственных условиях в цехе № 9 завода "В" комбината № 817 (ныне "Маяк") на азотнокислых растворах, получаемых на заводе "Б" комбината № 817 из урановых блочков, облученных в реакторе завода "А" того же комбината.
Осенью 1948 года на завод "В" приехал А. А. Бочвар, назначенный Правительством СССР заместителем И. В. Курчатова по металлургии на комбинате "Маяк" и научным руководителем завода "В". Вместе с ним прибыли И. И. Черняев, А. Н. Вольский и А. С. Займовский, назначенные правительством научными руководителями соответственно химического, металлургического и металлообрабатывающего производства плутония на заводе "В". По мере необходимости для участия в работах в цехах №№ 9 и 4 на завод "В" по вызову А. А. Бочвара приезжали в командировку сотрудники НИИ-9.
Цех № 9, в котором разместилось временное химико-металлургическое производство завода "В", был фактически крупной лабораторией. Установленное в нем к началу 1949 года оборудование и использовавшееся в работе оснащение были аналогичны созданному в НИИ-9 при разработке технологического процесса. Специальных мер безопасности при обращении с плутонием предусмотрено не было. Работали в цехе сотрудники завода, многие из которых прошли стажировку в НИИ-9, а также командированные на завод сотрудники института. В цех № 9 первая партия азотнокислого раствора плутония поступила 26 февраля 1949 года. В архивах министерства, комбината "Маяк" и завода "В" о работах, проводившихся в цехе № 9, нет никаких документов. Об этих работах во ВНИИНМ им. академика А. А. Бочвара нет научно-технического отчета. Из-за опасения утечки и то время особо секретной информации написать его запpeтил Б. Л. Bанников. Теперь об этих работах известно только из воспоминаний их участников
Первый в нашей стране слиток плутония массой 8,7 грамма был изготовлен 8 марта 1919 года. Получен он был в металлургическом отделении цеха № 9 под научным руководством сотрудников НИИ-9 Л. II. Вольского, Я. М. Стерлина и B.C. Соколова. От цеха № 9 ответственными исполнителями были В. А. Карлов (хлорирование оксалатов), В. Т. Сомов (восстановление хлоридов) и А. С. Никифоров (рафинирование чернового слитка).
В публикациях Ф. Г. Решетникова, который приехал, по его словам, на завод "В" 8 марта 1949 года, утверждается, что в цехе № 9 первый слиток плутония был изготовлен им 11 апреля 1949 года, т.е. через 17 суток после получения азотнокислого раствора. Но по технологии, разработанной в НИИ-9, суммарная продолжительность всех технологических операций от азотнокислого раствора до рафинированного слитка составляла примерно 10 суток. Первая партия раствора перерабатывалась точно по этой технологии. При переработке последующих партий раствора в эту технологию (с целью повышения прямого выхода годного и улучшения чистоты плутония) вносились изменения. Правильность и допустимость этих изменений проверялись по результатам анализа проб, взятых от слитков, по нейтронному фону и интенсивности гамма-излучения слитков. Продолжительность производственного цикла при этом только постепенно уменьшалась.
Кроме того, все имеющиеся материалы по истории завода "Б" говорят о том, что после пуска он работа, непрерывно и достаточно ритмично. Длительная задержка выпуска первого слитка в цехе № 9 неизбежно привела бы к остановке завода "Б", так как и на заводе "Б" и в цехе № 9 использовавшееся оборудование исключало возможность накопления плутония.
И, наконец, 5-кратное увеличение (по сравнению с технологически необходимым) времени изготовления первою слитка не могло пройти без выяснения причин задержки и вмешательства высшего руководства, которое ежедневно контролировало прохождение плутония по всем технологическим операциям заводов комбината. Но ни в архивных документах, ни в воспоминаниях участников работ (все они называют март месяцем получения первого слитка) нет даже упоминания о таком серьезнейшем ЧП, которое отодвинуло бы испытание первой ядерной бомбы более, чем на месяц. А это означает, что ЧП не было. Несоответствие приведенных выше утверждений реальным событиям очевидно.
О том, что в цехе № 9 начались работы с плутонием, А. С. Займовский сообщил мне (в то время заместителю начальника цеха № 4) на следующий же день после поступления раствора плутония в цех № 9. К работе с плутонием цех № 4 был не готов. Не было даже отдельного помещения, где можно было бы его хранить. Решили, что первые слитки плутония нужно получать мне и хранить их в личном сейфе.
Утром 8 марта 1949 года А. С. Займовский передал мне поручение А. А. Бочвара получить первый слиток плутония. Этот день сохранился в памяти с удивительной яркостью. От цеха № 4 до цеха № 9 было меньше 100 метров. По дороге между цехами часто проходили строительные рабочие (бывшие и настоящие зэки). Установленного порядка транспортировки плутония не было. Мы с А. С. Займовским решили вызвать охрану. Комендант прислал солдата. Поразило, что он был без оружия. В сопровождении солдата я пошел в цех № 9. В отделении рафинирования плутония его начальник А. С. Никифоров, у которого мне надо было получить слиток, отсутствовал. Как сказал мне находившийся в комнате сотрудник НИИ-9 Я. М. Стерлин, его вызвал начальник цеха Я. А. Филипцев. Я открыл дверь в его кабинет: в кабинете за столом, кроме Я. А. Филипцева, сидели Б. Л. Ванников, Б. Г. Музруков и научные руководители работ А. А. Бочвар, И. И. Черняев, А. Н. Вольский, В. Д. Никольский. На столе, покрытом листом белой фильтровальной бумаги, лежал темный кусочек. А. С. Никифоров стоял у стола.
Через некоторое время А. С. Никифоров пришёл в отделение и объяснил, что его вызывали показать руководству первый слиток. Инструкции по передаче слитков плутония не было. Были инструкция по учёту и хранению драгоценных металлов и устное требование: не должно быть утрачено ни одного миллиграмма плутония. Нам была ясна нереальность этого требования, и, по предложению А. С. Никифорова, мы решили взвешивать слитки с точностью до 0,1 грамма. Позже это положение было узаконено в инструкции. Масса слитка оказалась равной 8,7 грамма.
Вскоре после того, как был принесён слиточек плутония, в цех пришёл А. А. Бочвар. Первый его вопрос: "Где можно определить плотность слитка?". Он знал, что в физической лаборатории весы ещё не установлены, и согласился с моим предложением определить плотность на весах АДВ-200, стоявших в лабораторной комнате отделения прессования. Плотность слитка оказалась больше 19,4 г/см3, что было воспринято А. А. Бочваром с явным удовольствием. В конце этой встречи А. А. Бочвар предложил мне ежедневно записывать всё, что будет происходить в цехе: "Это история!". На моё возражение, что такие записи о делах цеха категорически запрещены и доведут меня до суда, он промолчал.
Про себя я решил: буду всё запоминать. Вспомнил, что 8 марта отмечается международный женский праздник, и понял, что дату получения первого слитка я никогда не забуду. При определении плотности первого слитка в комнате, кроме меня, никого не было. Но уже на следующий день в цехе был установлен порядок, по которому все работы с плутонием должны были вестись не менее, чем двумя сотрудниками.
Единственным документом, существовавшим в то время, который определял требования к плутонию, поступавшему из цеха № 9, были технические условия, нормировавшие содержание в плутонии посторонних (балластных) элементов. Результаты анализа пробы, взятой от первого слитка, вскоре поступившие из аналитической лаборатории завода "В", показали, что содержание в плутонии всех подлежащих контролю балластных элементов меньше требований технических условий и чувствительности используемых методов анализа. А это означало, что разработанная в НИИ-9 технология очистки азотнокислого раствора обеспечивает получение металлического плутония, полностью удовлетворяющего заданным требованиям, и, следовательно, его можно использовать для изготовления плутониевого заряда.
Через несколько дней из цеха № 9 поступил второй слиток, изготовленный из 2-й партии раствора. Затем, по мере поступления в цех № 9 последующих партий раствора и их переработки, слитки стали поступать в цех № 4 регулярно. Масса их постепенно увеличивалась и вскоре достигла 50-60 граммов. В дальнейшем совершенствование технологии производства ПЛУТОНИЯ в цехе № 9 позволило на конечных стадиях технологического процесса соединять плутоний разных партий и выпускать слитки весом до 130-140 граммов.
Результаты анализа, поступавшие из аналитической лаборатории завода "В" на каждый новый слиток, всегда подтверждали, что плутоний полностью соответствует требованиям технических условий.
В начале 1949 года количество поступившего в цех № 4 плутония стало достаточным для изготовления первого плутониевого заряда. Работая в сложнейшей обстановке и в тяжелейших условиях труда, коллектив цеха № 9 решил важнейшую задачу того времени: в кратчайшие сроки был выпущен высокочистый металлический плутоний в количестве, превышающем массу, необходимую для изготовления первого заряда.
ПЕРВЫЙ ПЛУТОНИЕВЫЙ ЗАРЯД
В НИИ-9 все исследования по разработке технологии изготовления плутониевых деталей велись на имитаторах (уране и алюминии). К марту 1949 года все работы, связанные с их изготовлением, были перенесены в цех № 4 завода "В". Рабочими руководили А. А. Бочвар и А. С. Займовский, с ними была группа сотрудников НИИ-9.
С самого начала работ с плутонием в цех часто приезжали И. В. Курчатов, Ю. Б. Харитон, А. П. Завенягин, директор комбината № 817 Б. Г. Музруков и главный инженер Е. П. Славский. Их присутствие ощущалось по той поразительной быстроте, с которой устранялись постоянно возникавшие заторы в работе.
Начальником цеха был B. C. Зуев, переведенный с Электростальского завода. В цехе не было никаких инструкций по работе с плутонием - все делалось впервые. Большинство сотрудников цеха знали только то, что плутоний - это высокорадиоактивный и весьма токсичный элемент. Только А. А. Бочвар и А. С. Займовский уже имели результаты первых предварительных исследований физических и механических свойств плутония, полученные в лабораториях НИИ-9 на миллиграммовых корольках плутония, и были ознакомлены с данными разведки по профилю работ завода "В".
Первой сложнейшей задачей, решенной в цехе, была разработка и освоение технологии отливок из слитков, получаемых из цеха № 9, образцов нужной формы и размеров. Первую плавку провели А. С. Займовский, начальник литейного отделения С. И. Бирюков и техник-литейщик О. С. Глушцов на высоковакуумной установке, предназначенной для нанесения металлических покрытий на керамические изделия, переоборудованной под литье.
На этой установке отлили все образцы для лабораторных исследовании и все слитки (массой до 150 граммов), использованные для изготовления деталей для первого ядерного заряда.
В цехе были определены все свойства и характеристики, нужные конструкторам ядерной бомбы и технологам:
В нейтронной лаборатории цеха (научный руководитель - Л. И. Русинов) был определен коэффициент умножения нейтронов плутония. Тем самым было экспериментально доказано, что плутоний является делящимся материалом и из него можно изготовить ядерную бомбу.
В лабораториях и отделениях цеха была установлена необычайная сложность технологических свойств плутония: высокая прочность, хрупкость, склонность к растрескиванию и коррозии, наличие фазовых превращений, проходящих через примерно каждые 100оС с большими изменениями объема.
В рентгено-структурной лаборатории была расшифрована структура дельта - и эпсилон-фаз плутония, имеющих, соответственно, гранецентрированную и кубическую объемно-центрированную кристаллические решетки. Это позволило А. А. Бочвару предложить улучшить технологические свойства плутония за счет фиксации этих фаз нулем легирования плутония элементами третьей группы периодической системы Менделеева.
При изучении отлитых сплавов в физической (В. Д. Бородич) и рентгено-структурной (Ф. П. Бутра) лабораториях было установлено, что лучшим легирующим элементом, надежно фиксирующим дельта-фазу плутония, является галлий.
Сплав плутония с галлием был выбран как материал для изготовления деталей заряда. Слитки сплава отливались в литейном отделении. Для оценки их качества у каждого слитка определяли его плотность, поток испускаемых нейтронов, микроструктуру и кристаллическую структуру, а также проводили химический и спектральный анализы материала считка. Возможность использования каждого слитка для изготовления детали по результатам этих работ определяли Ю. Б. Харитон и приемщик В. Г. Кузнецов.
При формировании первой заготовки, которое проводилось в отделении прессования (начальник - Б. Н. Лоскутов, научный руководитель - А. Г. Самойлов), все операции прошли по точно выбранной технологии. Нo при извлечении заготовки из матрицы штампа обнаружилось, что она слегка приварилась к матрице. Риск повредить заготовку взял на себя Е. П. Славский. Тяжелым молотком он сильно ударил по зубилу, установленному по линии разъема матрицы, и отделил одну половину матрицы от другой. Заголовка была цела. На ее поверхности ясно виднелись следы взаимодействия плутония с материалом матрицы.
При просмотре снимков, полученных при гамма-дефектоскопии заготовки (начальник лаборатории - В. А. Коротков), на изображении четко увидели темный треугольник. Дефект?
В цех немедленно приехали И. В. Курчатов и Б. Л. Ванников. И. В. Курчатов дал указание повторить просвечивание и провести его по схеме, которую он тут же нарисовал. Только после третьего просвечивания стало ясно, что дефект не в заготовке, а в свинцовом компенсаторе, в который ее помещали при просвечивании.
До заданных размеров механическую обработку заготовки резанием проводили под руководством сотрудника НИИ-9 М. С. Пойдо на станке, привезенном из НИИ-9, полностью оборудованном для работы с плутонием. Обработка была поручена А. И. Антонову - токарю высшей квалификации. При работе у станка стоял А. П. Завенягин. Неожиданно он остановил работу и заявил, что деталь запороли. Потребовалось снять заготовку со станка, измерить, подтвердить, что ее размеры соответствуют расчетным, и только тогда продолжить работу. Вскоре была изготовлена вторая деталь. Обе детали были переданы в здание № 21, построенное рядом с цехом № 4 специально для работ по определению критической массы плутония. На привезенной из КБ-11 установке критическую массу плутония определили сотрудники КБ-11 под руководством Г.Н. Флерова в присутствии И. В. Курчатова.
Для защиты от альфа-излучения плутония на детали было нанесено никелевое покрытие. Технологию покрытия разработал в Институте физических проблем АН СССР профессор А. И. Шальников. Покрытие наносилось на установке, собранной им в цехе № 4. В работе участвовали Е. В. Конопасевич, В. Д. Бородич, А. А. Жулькова, Г. В. Казьмина и М.А. Патудинская.
Покрытие было весьма неравномерным по толщине. До требуемых по чертежу размеров ее довел слесарь-лекальщик Ю. С. Пониматкин. Используя в работе только стандартные инструменты (надфили, напильники и притирочную плиту), он сумел изготовить детали, допуски на размеры которых были весьма жесткими.
Готовые детали были предъявлены приемке вместе с технической документацией, содержавшей все данные, полученные при контроле слитков, использованных для изготовления деталей, и все данные о самих деталях. Все данные о готовых деталях, которые характеризовали как материал, так и сами детали были сведены в отчетный технический документ-формуляр. Его подписали И. В. Курчатов, А. А. Бочвар, Е. П. Славский, А. С. Займовский и, как приемщики деталей, Ю. Б. Харитон и В. Г. Кузнецов.
Изготовленный плутониевый заряд являлся конечной продукцией комбината № 817. Предъявительскую записку на сдачу деталей приемке подписал Б. Г. Музруков.
Принятые детали пробыли в цехе недолго, и в ближайшую ночь в начале августа были вывезены в КБ-11.
Все проблемы, связанные с изготовлением первого плутониевого заряда, были решены в цехе № 4 менее, чем за 5 месяцев. Все, что происходило в те дни, сейчас поражает своей разумностью, последовательностью, полным отсутствием дублирования и противоречий в действиях и указаниях главных руководителей работ.
Но определяющая роль в успешном завершении работ принадлежит А. А. Бочвару. Несмотря на весьма ограниченные и фактически единичные экспериментальные данные, под его руководством был разработан технологический процесс, позволивший ИЗГОТОВИТЬ детали первого плутониевого заряда с первой попытки и без малейших изменений технологии выпустить все последующие комплекты плутониевых зарядов первой конструкции.
Решение всех сложнейших проблем, стоявших перед цехом № 4, обеспечил и психологический климат, исключавший расхлябанность и стимулировавший творческий поиск, созданный работавшими в цехе учеными, особенно А. А. Бочваром. В условиях строгой ответственности и жесткого режима, установленного для всех работавших с плутонием, у сотрудников не было страха и скованности. Главным было - сделать то, что поручено, как можно лучше и быстрее. Этот климат в значительной степени обеспечил выполнение работ в невероятно короткие сроки.
Источник: Иванов, Н. Первый отечественный плутоний: от миллиграммов до заряда менее, чем за 11 месяцев / Н. Иванов // Атом-пресса. – 2005. – № 43 (октябрь). – С. 7.