Часть 1. Лидер атомной промышленности. Кто он?
Часть 2. Лидеры атомной промышленности: диффузионный метод обогащение урана
Часть 3. Лидеры атомной промышленности: Центрифуга - начало
Часть 4.
В феврале 1952 года группа В.И. Сергеева прибывает в Сухуми для изучения той самой трёхметровой центрифуги Штеенбека.
Специалистов ОКБ поражает, насколько точно изготовлена центрифуга. Точность изготовления была микронной, а ювелирная ручная настройка всех элементов рождала целостную огромную конструкцию, которая работала, причём гораздо эффективнее любых других методов обогащения урана.
Конечно, технология была хоть и эффективнее всего того, что было до неё, но имела свои недостатки.
Одной из проблем было каскадное соединение и непосредственно сам способ отбора обогащённого гексафторида урана. Использование дополнительных центробежных компрессоров давало не столь большой выигрыш по энергозатратам над диффузионной технологией.
Да и сложность реализации каскадного соединения центрифуг вынудила даже США в 1944 году закрыть центрифужный метод из-за технических трудностей и отдать предпочтение хорошо зарекомендовавшему себя газодиффузионному методу обогащения урана.
Согласно воспоминаниям Сергеева, осматривая центрифугу Штеенбека, он предложил новый способ отбора гексафторида, за что получил порцию объективной критики со стороны Штеенбека.
Был и ещё один недостаток, сильно сдерживающий развитие центрифужной технологии. Одно дело - лабораторные образцы, которые выверены и настроены, а другое - массовое производство сотен тысяч центрифуг.
Проблема заключалась в том, что центрифуга Штеенбека была надкритичной, то есть ротор при разгоне, проходя определённый порог скорости, входил в резонанс. И если ручная настройка и подгонка ротора не были выполнены с ювелирной точностью, происходило разрушение всей центрифуги.
А на подкритичной центрифуге, где ротор не проходит стадию резонанса, эффективность разделения изотопов не слишком сильно превышала тот же диффузионный метод (центрифуга была по определению с меньшей скоростью вращения ротора). Следовательно, основная задача заключалась в тщательной настройке вручную каждой конкретной центрифуги. Но где бы ещё взять столько высококлассных специалистов?
Невзирая на все недостатки, центрифужная технология была очень заманчива, и после детального ознакомления с центрифугой Штеенбека, Сергеев докладывает Н.М.Синеву, что создание промышленных образцов надкритической газовой центрифуги – чрезвычайно сложная задача, однако нужно попытаться её решить.
В конце мая 1952 года были начаты работы по созданию надкритической центрифуги промышленного образца. Работы возглавил Г.В.Кудрявцев, его заместителем стал В.И.Сергеев. Для работы над центрифугой в срочном порядке били переброшены силы из других подразделений ОКБ. В.И. Сергеев занимался непосредственной разработкой конструкции ротора, опоры и общей компоновки центрифуги. К работе также были привлечены немецкие специалисты: М.Штеенбек, Г.Циппе, Р.Шеффель.
Однако, несмотря на все усилия, ещё в процессе изготовления деталей для центрифуги стало очевидно, что конструкция центрифуги Штеенбека для серийного промышленного выпуска попросту непригодна…
Параллельно с работой группы Штеенбека, в ОКБ шли работы над центрифугой с коротким ротором.
Сама концепция короткороторной центрифуги зародилась в период производства опытных центрифуг с длинными роторами. Компоновкой новой центрифуги занимался В.И. Сергеев, так как уже тогда понимал, что в СССР просто нет оборудования, которое позволит промышленно изготавливать надкритичные длиннороторные центрифуги .
Короткий ротор считался пройденным технологическим этапом, освоенным ещё в 1948 году группой Штеенбека .
Следовательно, развитие технологии центрифуг с коротким ротором – это откровенный прыжок назад (ситуация была аналогична тому, как если бы в 1980-х годах вернулись к паровым машинам вместо развития ДВС).
Однако, к тому времени, когда всем руководителям стала очевидна невозможность промышленного освоения центрифуги Штеенбека, были получены первые оптимистичные данные по новой концепции центрифуги, разработанной конструкторами ОКБ.
От конструкции центрифуги Штеенбека была заимствована всего одна деталь – опорная игла, всё остальное было принципиально новым. Поэтому изготовленные промышленные образцы надкритичной центрифуги с длинным ротором даже не стали испытывать.
Наиболее существенным нововведением новой короткороторной центрифуги стала та самая идея отвода газов, предложенная В.И.Сергеевым при ознакомлении с лабораторным образцом центрифуги Штеенбека. Новая технология отвода урана совместно в новым молекулярным уплотнением (винтовой насос Хольвека), которое самоподдерживало уже и вакуум, помогла кардинально снизить затраты энергии, так как внешний диффузионный насос, который был неотъемлимой частью центрифуги Штеенбека, был не нужен. Также, в новой центрифуге отказались и от нагревателя, заменив его механическим способом возбуждения циркуляции.
Штеенбек по достоинству оценил нововведения конструкторов ОКБ, высказав знаменитую фразу:«Идея, достойная того, чтобы она исходила от нас».
Тут следует упомянуть приезд Гернота Циппе в ОКБ, где он застал период споров на тему: короткие роторы против длинных.
Центрифуги с длинным ротором имеют большую производительность, в то время как короткороторная центрифуга проще в изготовлении.
Сотрудники ОКБ постоянно спорили друг с другом о преимуществах той или иной конструкции. Детально ознакомившись с новой короткороторной центрифугой, Циппе проанализировал удачные эксперименты, проводимые с ней ещё в Сухуми, и быстро понял, что новая концепция разработанной советскими специалистами центрифуги является наиболее удачной и оптимальной для успешного промышленного освоения.
В конструкцию новой короткороторной центрифуги ввели и другие нововведения, которые не только привели к упрощению конструкции, но и улучшили её эксплуатационные характеристики.
Согласно воспоминанию В.И. Сергеева, в начале февраля 1953 года начались первые испытания короткого ротора на механическую прочность. На испытаниях присутствовали работники ОКБ и ряд немецких специалистов под присмотром П.С. Рослякова.
На первом испытании в успех не очень верили, так как создавали хоть и короткороторную центрифугу, но расчётное количество оборотов ротора для необходимой производительности обогащения урана согласовывалось только с конструкцией надкритичной центрифуги. Однако, прямо на первых испытаниях ротор вышел на требуемые обороты, проработав в течение 20 минут без резонансных колебаний. В дальнейшем, конструкцию ротора усовершенствовали, и впервые разработчикам стало ясно, что технология короткороторной докритичной центрифуги перестала быть фантастикой, превратившись в объективную реальность.
Новая технология была утверждена в 1953 году конструктором Н.М. Синевым и научным руководителем М.Штеенбеком. Все работы по дорогостоящей надкритичной длиннороторной центрифуги были остановлены.
В мае 1953 года начались эксперименты по утвержденной концепции. Осуществлены успешные эксперименты по переходу от длиннороторной надкритичной центрифуги к технологии короткороторных докритических центрифуг.
Какими именно обладала характеристиками новая короткороторная докритическая центрифуга – до сих пор является засекреченной информацией. Однако, согласно рассекреченным докладам ЦРУ, Циппе сообщил американским экспертам следующие параметры: ротор центрифуги имел длину 250 мм, диаметр 58 мм и толщину стенки 0,3 мм; линейная скорость на периферии была 340 м/с; максимальный коэффициент разделения был 1,2; оптимальный коэффициент составил 1,14.
В 1954 году были окончательно завершены исследования с участием немецких специалистов. А в 1956 году Штеенбек, Циппе и Шеффель вернулись в Германию.
Виктор Сергеев довёл новую технологию центрифуг до промышленного освоения и в 1962 году был запущен первый в мире завод по обогащению урана центрифужным методом.
Работы по совершенствованию центрифуг не останавливались, каждое новое поколение было менее энерготребовательно и более производительно, чем предыдущее.
В настоящее время на УЭХК продолжают работать каскады центрифуг 6-го поколения, введённых в строй в 1984 году.
Кикоин и Соболев внесли огромный вклад в реализацию каскадных соединений центрифуг. Благодаря этому, центрифуги эффективно работают в многоярусных многокилометровых каскадных соединениях, объединённых в единую каскадную сеть.
В 1992 году в России были закрыты последние мощности газодиффузионного обогащения (осталось только несколько - для очистки гексафторида от примесей). Их практически полностью заменили на центрифуги.
В 2012 году введены в строй центрифуги 9-го поколения с производительностью в 14 раз выше центрифуг 1-го поколения.
В 2017 году введены центрифуги поколения 9+, которые представляли собой первые короткороторные и надкритичные газовые центрифуги. Их производительность стала настолько высокой, что разработка центрифуг 10-го поколения стала экономически нецелесообразной.
Каких-либо подробностей о характеристиках центрифуг поколения 9+ нет. Всё, что есть - это лишь предположения различных экспертов.
Подобная секретность сопровождает всю историю газовый центрифуг. Поэтому до 1989 года во всех отчётах западных спецслужб указывалось, что обогащение урана в СССР осуществляется газодиффузионным способом.
И только невероятно низкие цены экспорта обогащённого урана в США и Европу провоцировали возникновение многих вопросов, в том числе и о предательстве руководством СССР интересов страны.
Тогда и было решено рассекретить технологию обогащения урана, которую применяют в СССР. Однако, это посчитали просто «уткой», запад попросту отказывался верить в возможность подобного превосходства СССР.
И только личное присутствие в рамках комиссии МАГАТЭ повергло в глубокий шок наших партнёров. Да так, что, увидев многокилометровые каскады работающих центрифуг, США до сих пор не могут от этого отойти.
Как развивалась центрифужная технология на западе, расскажу в следующий статье.
P. S. Ссылки на источники теперь находятся в группе Вконтакте!
Скорынин Г.М. Газовые центрифуги для разделения изотопов. Первый трансфер ядерной технологии из СССР // Инф. агентство «ПРоАтом», 05.08.2019
