Оружие Урала

Эту проблему решил И. К. Кикоин, предложивший опустить во вращающийся "стакан" центрифуги трубки, выходившие на разные уровни. В средине центрифуги из трубки поступал гексафторид урана, в нижней части через другую трубку откачивалась тяжелая фракция урана-238, а вверху отбиралась более легкая с повышенным содержанием урана-235.

Технологией центрифужного разделения изотопов и конструированием центрифуг занимались многие научные и проектные центры, в том числе ЛИПАН, ОКБ Кировского завода, ОКБ ГАЗ. В 1954 году на Уральском электрохимическом комбинате была организована исследовательско-экспериментальная лаборатория по данной тематике. В ней исследовались газодинамические процессы, разрабатывались методики исследования центрифуг, проектировались и изготавливались необходимые испытательные приборы.

Когда был остановлен и демонтирован первый газодиффузионный завод Д-1, на освободившихся площадях решено было построить опытный центрифужный завод (ОЦЗ). Так же, как в прежнее время диффузионный Д-1, опытный завод должен был послужить полигоном для новых разделительных технологий и оборудования. На опытном заводе установили 2432 центрифуги в блоках по 80 соединенных ступеней, Каждый блок снабжался собственной системой аварийной защиты. Пуск ОЦЗ осуществили в начале ноября 1957 года, а на расчетный режим он вышел 15 января 1958 года. Это было первое в мире предприятие, где в массовом порядке эксплуатировались газовые центрифуги.

Руководители атомной промышленности настороженно относились к неопробованной методике, и новое производство в случае удачи могло побудить их к переводу разделительных производств на принципиально новые технологические схемы, более экономичные и производительные.

В процессе опытной эксплуатации выяснилось, что потребление электроэнергии на единицу продукции у центрифуги в 17 раз меньше, чем у газодиффузионной машины последнего поколения. Этот и ряд других факторов были приняты во внимание на Научно-техническом совете Министерства среднего машиностроения под председательством И. В. Курчатова 5 мая 1958 года. Тогда было принято решение о переходе на центрифужный метод разделения изотопов урана.

Внедрение новой техники принесло и новые проблемы. Произошли целые серии разрушений центрифуг. Так неожиданно проявилась ползучесть материала ротора, когда металл при постоянных центробежных нагрузках начинает деформироваться, а затем разрушаться. Заводские ученые провели огромное количество экспериментов, исследований и испытаний, разработали теоретические основы для расчетов новых моделей центрифуг. На комбинате было создано специальное устройство - корректор, предохраняющее центрифугу от разрушения в случае потери устойчивости ротора. Эта система победила в конкурсе подобных конструкций и была внедрена на центрифужные машины четвертого поколения. В это же время была опробована схема многоярусного расположения центрифуг. Это позволяло на одних и тех же площадях размещать в два-три раза больше центрифуг.

В процессе эксплуатации опытного завода по заранее разработанным программам на действующем оборудовании искусственно моделировались аварийные происшествия, различные нарушения режима работы и нештатные ситуации. Это позволило выявить скрытые изъяны новой техники, усовершенствовать её, разработать эксплуатационные методики, подготовить инструкции на все случаи, обучить персонал. Началось постепенное внедрение газовых центрифуг в действующие схемы очистки. На газодиффузионном производстве на заключительных участках технологической цепочки взамен устаревших диффузионных машин стали монтировать блоки центрифуг. Здесь производился отбор конечного продукта с высокой концентрацией урана-235.

Параллельно с работой опытного завода началось строительство большого промышленного центрифужного завода по разделению изотопов урана ГТЗ-1. В действие он вводился тремя очередями в течение 1962-1964 годов. Включение его в технологическую цепочку увеличило разделительную мощность комбината почти на 40%. Устаревшее газодиффузионное оборудование начали демонтировать. Вместо старых цехов появился новый завод ГТЗ-2. Появились центрифуги четвертого и пятого поколений. Технико-экономические показатели возрастали, а расход электроэнергии на единицу продукции к середине 70-х годов снизился в 5 раз.

Центрифужный цех поражает своими размерами. Перемещаться пешком невозможно, такие здесь расстояния. Надо ездить на электрокаре. В четыре яруса установлены блоки "стаканов" центрифуг. На ГТЗ-1 их установлено 700 000 штук. Внутри каждой вращается ротор со скоростью более тысячи оборотов в секунду. Естественно, чтобы управлять таким количеством количеством механизмов и держать их под контролем, задействована автоматическая система управления и система аварийной защиты.

31 июля 1997 года был включен в эксплуатацию первый блок центрифуг седьмого поколения. Это событие особенно знаменательно тем, что сложнейшие машины были разработаны на самом комбинате. Здесь же были сконструированы и изготовлены все вспомогательные системы. Эти аппараты имеют вдвое большую разделительную способность при тех же производственных затратах, чем машины предыдущего поколения. Но не это самое удивительное. Поразительно, что в период повсеместного упадка комбинат не только сберег творческие коллективы, сохранил производственную базу, но и продолжает развиваться вопреки всем кризисам.

Обеспечено это в первую очередь конверсионными возможностями предприятия. Ведь атомная бомба не являлась целью физических исследований ученых. Ядерное оружие возникло в результате второй мировой войны как ответ на гитлеровскую угрозу всему миру. Потом оно сделалось фактором взаимного военного сдерживания двух политических систем. Но ядерные реакторы кроме наработки оружейного плутония способны давать энергию народному хозяйству. Бурное развитие атомной энергетики повысило спрос на топливо низкообогащенный уран для реакторов АЭС. В 1971 году Всесоюзная экспортно-импортная контора "Техснаб" заключила контракт с Комиссариатом по атомной энергии Франции на предоставление услуг по обогащению урана. Начало поставок было намечено на май 1973 года. Это означало разрушение монополии США на международном рынке расщепляющихся материалов.

На Уральском электрохимическом комбинате потребовалось создать ещё одно принципиально новое производство. Дело в том, что французам требовался жидкий гексафторид урана, а не газообразный. Жидкий продукт удобней транспортировать на большие расстояния в компактных контейнерах, он удобней для отбора аттестационных проб. Но опыта работы в промышленных масштабах с жидкой фракцией гексафторида урана у нас в стране не имелось. Зато имелся другой опыт - опыт скоростного строительства, разработки и освоения новых технологий.

Непосредственно на комбинате были разработаны методики спектральных и химико-спектральных анализов чистоты гексафторида урана, соответствующие международным стандартам. Здесь же сконструировали и изготовили приборы, способные работать в агрессивной жидкой и газообразной среде. Рабочие емкости с французским гексафторидом помещались в специальные термокамеры, где разогревались до рабочей температуры, а уже оттуда поступали на разделительные машины. Испытания подтвердили правильность конструкторских решений.

На освобожденном от устаревшего оборудования участке цеха №54 разместили новое производство, получившее наименование "Челнок". Такое название объясняется тем, что поначалу планировалась "челночная" технология: французский заказчик поставляет контейнеры с сырьевым гексафторидом урана и пустые емкости для готового продукта, а потом ему возвращают емкости с обогащенным ураном и сырьевые контейнеры с отходами очистки.

Контракт на экспортные поставки был выполнен в срок, а французы высоко оценили качество полученной продукции, заявив, что наш продукт лучше американского, английского и французского. После этого были заключены контракты со многими государствами, развивающими у себя атомную энергетику, в том числе, с Великобританией, Германией, Швецией, Италией, Испанией и другими. За более чем двадцать лет поставок низкообогащенного урана на комбинат не поступило ни одной рекламации от заказчиков.