Активизация работ по электромагнитному методу после взрыва атомных бомб США. Отдел А (Арцимовича)

Источник: Книга "творцы ядерного века. И.Н. Головин"

Арцимович, как-то появившись в лаборатории, <...> съехидничал над Курчатовым и Кикоиным: "Хотят разделить изотопы урана диффузией. А у самих еще ни грамма урана нет. Только окись урана и урана нитрат". (Это было сказано до поездки в Австрию и Германию , оттуда мы привезли тонны металлического урана фирмы "Ауэр" .) Как-то неожиданно отставили все варианты электромагнитного разделения - с отклонением пучка ионов на 90*, высокочастотным ускорением ионов и остановились только на одном: на повороте ионов на 180* в постоянном магнитном поле. Арцимович сообщил, что получены сведения об американских работах, и там две важных детали: ускорение ионов до 40 Кэв и в ионном источнике три электрода. Сначала ускорение ионов, потом замедление на 3-5 Кэв, чтобы не отсасывать из области дрейфа ионов электроны, компенсирующие пространственный заряд ионного пучка. Подсчитали и убедились, что если не компенсировать, то пространственный заряд при ожидаемых токах в сотни миллиампер до ампера будет так расфокусировать пучок, что никакого разделения изотопов не получится.

П. М. Морозов начал упражняться в испарении урана в вакууме. Сразу обнаружил, что в доступном нам вакууме ~ 10-5 мм Hg уран быстро покрывается пленкой окиси, настолько плотной, что никакого испарения при температуре вплоть до 2000 *С замерить не удалось. Если пытаться вылить уран из тигля, то в пленке окиси он повиснет, как в мешке, не выливаясь.

У нас начал появляться Сергей Аркадьевич Векшинский , привлеченный как крупнейший специалист по вакуумной технологии. Его вакуумная лаборатория еще размещалась на Электрозаводе. Там занимались изучением образования сплавов методом осаждения тонких пленок испарением в вакууме и проектированием высоковакуумных диффузионных насосов. Если в первом С.А. был оригинален и за свою книгу об этом был избран в члены-корреспонденты АН СССР, то во втором он занялся слизыванием с иностранных каталогов без анализа физики работы насосов. Зато он хорошо знал выпущенные в США разновидности масел с низкой упругостью пара - всякие октойли и вакуумные замазки.

Он тут же посоветовал П.М. Морозову посыпать уран порошком вольфрама. Энергия связи вольфрама с кислородом выше, чем у урана. Он будет раскислять уран, а окись вольфрама летуча. П.М. попробовал и тотчас же достиг успеха. Уран стал получаться с блестящей поверхностью и хорошо парил. Но все же работать с ним было трудно.

Тигли нужны высокотемпературные, так как необходимая скорость испарения получается при температурах выше 1800*С. Получены ли были эти сведения через разведку, не знаю, но заговорили о фторидах и хлоридах урана. Вскоре у нас появился четыреххлористый уран , и мы начали делать ионные источники с парами UCl4. Я делал с высоковольтным разрядом, а Герман Яковлевич Щепкин делал для "черепашки" со стационарной дугой с накаленным катодом.

Наступило знаменитое 16 августа 1945 года, когда американцы взорвали в Аламогордо первую в мире атомную бомбу . До нас дошло известие очень скоро. Арцимович узнал об этом от Курчатова и, войдя в лабораторию, громогласно объявил: "Позавчера (или на днях) американцы взорвали атомную бомбу у себя на полигоне".

Бурное обсуждение, что будет дальше. Надо ли нам делать бомбу, или война окончена, в Потсдаме идут мирные переговоры, теперь нужны только урановые котлы для производства энергии. Но это - наивные лабораторные беседы. Через несколько дней - сообщение о бомбе, сброшенной на Хиросиму , а за ней - Нагасаки .

В верхах паника. Началась быстрая организация работ. Описание сентября - октября 1945 года займет в истории советской атомной проблемы большую главу. Здесь я ничего об этом писать не буду. Через несколько дней вошел ко мне в лабораторию Игорь Васильевич со словами:

"Для электромагнитного метода создан отдел "А" . Во главе его будет Арцимович . Теперь он будет вашим начальником. Со всеми делами обращайтесь к нему".

До этого я вплоть до мелочей обращался прямо к Курчатову - поставить телефон в моей жилой комнате, подписать заказ в мастерскую и т.д. Арцимович стал пропадать на заседаниях в верхах. Возвращался измученный, сонный, но польщенный вниманием "верхов".

Издевки над Курчатовым прекратились. Но И.В. как-то в моем присутствии упрекнул Льва Андреевича, что начальство недовольно его неуверенной позицией, тогда как Кикоин четок и организован. Арцимович стал приглашать меня в поездки к министру электротехнической промышленности Ивану Григорьевичу Кабанову . Там на листке бумаги мы рисовали министру, какие электромагниты нам нужны. Размеры полюсов и зазоры между ними устанавливали тут же при беседе. Вместе с Кабановым записывали допуска. И ничего больше Кабанов не требовал. Не помню, чтобы на своих листках мы ставили подписи. Кабанов скоро привлек КБ завода "Электросила" к нашим заказам. Главным инженером завода был в это время Дмитрий Васильевич Ефремов , начальником КБ - Евгений Григорьевич Комар .

Мы стали ездить в Ленинград к Ефремову и Комару на "Электросилу" на Московское шоссе. Я заказал себе магнит с раздвижными полюсами с зазором от 5 до 10 см и полюсами 20x50 см для разработки ионных источников.

П.М. Морозов - какой-то аналогичный магнит, но с неизменным зазором. Вес магнитов был 2-3 тонны. Вместе с Исааком Константиновичем Кикоиным и Наумом Абрамовичем Моносзоном составили протокол, и подписали все участники. Вернувшись в Москву, мы погрузились в свои заботы по ионным источникам. Щепкин и появившийся Борис Гаврилович Брежнев все силы отдали изготовлению "черепашки". Тут проявился ленинградский лабораторный опыт Щепкина. Его изделием можно было любоваться, и я так сделать бы не смог. Появились два конструктора: М.И. Дмитрук и Э.Н. Браверман .

Зимой 1945-1946 года "черепашка" был введен в строй, и получен ионный ток урана в сотню микроампер. Это было продемонстрировано Курчатову, Ефремову и каким-то представителям вновь организованного ПГУ . У нас в лаборатории стали появляться некоторые демобилизованные, тоже из ПГУ, преследовавшие свои цели. Сразу было решено увеличить масштаб экспериментов. У Кикоина в его отделе "К" был уже смонтирован электромагнит фирмы "Elin" , изготовленный для циклотрона в Германии во время войны. Два таких трофейных магнита мы привезли. Диаметр полюсов магнита был около метра, зазор - около 10 см, и поле в 5 кГс легко получалось. Охлаждение обмоток было масляным. Перед Ефремовым была поставлена задача срочно создать стабилизатор тока магнита и высокого напряжения до 20 кВ с точностью магнитного поля в 0,1 процента, напряжения - в 0,2 процента при ионном токе в... Размахнулись и написали: ...в 10 миллиампер. Скачок по току от "черепашки" запланировали в 100 раз.

Тут и развернулся талант Павла Матвеевича Морозова . Он руководил проектированием ионного источника Э.Н. Браверманом . Щепкин вел вакуумную систему с Дмитруком. Всю электротехнику обеспечивал Д.В. Ефремов , привлекший своих сотрудников с "Электросилы" . Была изготовлена не вакуумная камера, а согнутая на 180* медная труба диаметром 10 см и радиусом кривизны около полуметра. Ионный источник был поднят под напряжение 20 кВ. Управление его катодом, разрядом и нагревом тигля с UCl4 производилось с деревянной платформы, установленной на изоляторы. Высокое напряжение подавалось без всяких средств высоковольтной защиты по медной трубе диаметром около 1 см на изоляторах. Головка ионного источника под напряжением до 20 кВ отгораживалась "для безопасности" деревянными переставными конструкциями, которые ставили непосредственно на обмотки электромагнита. Вольтметры и амперметры, реостаты и "вариаки" для управления режимом источника стояли на столе на деревянной изолированной платформе. Вариаки были прекрасные - американские! На ток несколько десятков ампер. Миллиамперметр, регистрирующий ток на источнике ионов под потенциалом земли, наблюдался дистанционно.

Управление током магнита и напряжением выпрямителя производилось с платформы через изолированные стержни. К лету 1946 года все работало. На промежуточный электрод ионного источника подавалось отрицательное напряжение до 3-4 кВ. Длина щели ионного источника была около 40 мм, ширина 3-4 мм. Труба была расположена так, что и ионный источник, и весь тракт ионного пучка были по возможности в однородном магнитном поле. Никакого шиммирования не было.

Был обнаружен богатый спектр ионов, различающихся как по зарядам, так и по массам. На основную линию урана (UCl4)+ удалось вывести ток в 1 миллиампер.

Ссылки: