Текст книги "Теперь об этом можно рассказать"

Проблема разработки и изготовления насосов для прокачивания газа через диффузионные секции была решена компанией «Эллис-Чалмерс». Кейт буквально обшарил всю промышленность США и пришел к выводу, что единственной нашей надеждой может быть только эта компания. При первом разговоре ее представители не были склонны браться за работу главным образом из-за перегруженности другими военными заказами. Тогда Кейт попросил нескольких специалистов из «Юнион карбайд» и меня поехать в Милуоки, чтобы убедить «Эллис-Чалмерс» принять наш заказ. Эта компания уже участвовала в работах проекта, занимаясь производством гигантских магнитов для электромагнитного завода, и ее президент весьма нежелательно отнесся к нашим новым просьбам. Но в конце концов он дал согласие на переговоры с главным инженером. Каково же было наше удивление, когда главный инженер заявил о возможности выполнения этого заказа: компания уже производила насосы такого типа, правда, несколько меньшей мощности. Договор компания выполнила безупречно.

На обратном пути из Милуоки нам пришлось провести ночь в Чикаго. В номере гостиницы мы горячо обсуждали очередную важную проблему: как предотвратить опасность выхода из строя одной из многих секций. Следя за дискуссией, я выразил недоумение: почему нельзя просто отключить вышедшую из строя секцию. Разница в составе газа в двух соседних секциях должна была быть ничтожно малой, поэтому я не понимал, как могут последующие секции «почувствовать» отключение одной из предыдущих. Вопрос, заданный как бы невзначай, на самом деле тут же подсказал ответ. Этот случай является примером часто возникающей ситуации, когда правильное решение приходит в голову постороннему, а не тому, кто долго бьется над ним.

Чтобы уменьшить последствия коррозии, мы предполагали изготовлять все трубопроводы общей длиной в сотни километров из чистого никеля. «В этом случае, – указал К. Килер, руководитель компании „Крейслер“, которая должна была изготовлять диффузионные секции, – наши потребности в никеле превысят его мировую добычу». Он настаивал на толстом (до 10 сантиметров) никелевом покрытии. Беспрецедентная сама по себе задача покрытия толстым слоем никеля внутренней поверхности труб была решена одной небольшой фирмой в Белльвилле (штат Нью-Джерси). Эта фирма изобрела оригинальный способ никелирования, при котором в качестве электролизера использовалась сама труба. Для получения однородного покрытия труба во время процесса вращалась. Изобретательность этой фирмы избавила нас от крайне сложной проблемы.

Нам были необходимы приборы для регистрации различных изотопов одного и того же химического элемента. Это требование было также беспрецедентным в истории науки. Кроме того, существовала еще проблема регулирования потока газа внутри очень чувствительной к колебаниям давления системы огромной протяженности. Меня эта опасность волновала меньше, чем других, и, вероятно, потому, что я подходил к ней как инженер, а не как теоретик. Мнение многих английских ученых было крайне пессимистическим. Практически нельзя добиться такой регулировки потока, при которой бы не возникали колебания и внутренние возмущения в системе, – считали одни. Образующиеся в результате этих возмущений волны будут сильно снижать эффективность установки и даже смогут повредить мембраны. Другие прямо заявляли, что установка не сможет работать.

Нам нужно было быть абсолютно уверенными в том, что в трубопроводах протяженностью в сотни километров, особенно в местах их сварки, течь воздуха внутрь системы будет не больше, чем через отверстие от булавки. Эту задачу решили инженеры промышленных фирм. Применение усовершенствованного гелиевого течеискателя. позволило устанавливать свищи в каждом отрезке системы труб еще до ее монтажа. Мы не могли допустить даже малейшей негерметичности системы, поэтому пришлось разработать новые методы сварки. Как только важность абсолютной герметичности всей системы стала для нас очевидной, мы не останавливались ни перед чем, чтобы достичь ее. В частности, были организованы специальные курсы для сотрудников фирм, связанных с изготовлением оборудования для завода К—25 или его эксплуатацией.

Весьма серьезный вопрос, связанный с газодиффузионным заводом, возник, когда научный совет по технике безопасности предупредил нас о возможности случайного взрыва делящегося материала при скоплении его где-либо внутри системы. Этим опасениям было уделено самое пристальное внимание, хотя лично я сомневался в их оценке этой опасности. Меня поддержали Николе, Конэнт и Толмен. Совет, по нашему мнению, преувеличивал опасность. После обсуждения этого вопроса еще с Фелбеком и Кейтом мы решили игнорировать мнение совета.

Очистка оборудования перед его установкой имела решающее значение, поэтому мы стремились производить ее по нормам, принятым в хирургии. Она состояла в полном удалении с изделий грязи, жира, окиси, окалины и других посторонних примесей. Присутствие любой из них, даже в ничтожных количествах, могло привести к полному провалу всей программы.

Методы очистки были разработаны компанией «Крейслер». Каждый из этих методов был известен и раньше, но применение их всех в определенной комбинации и последовательности было совершенно необычным. В зависимости от типа деталей применялось до десяти операций очистки. Некоторые детали очищались на фабрике под наблюдением сотрудников филиала «Келлекс». Большую часть их, однако, надо было очищать непосредственно перед монтажом, и поэтому на заводе К—25 пришлось построить специальный цех очистки.

Наряду с тщательной очисткой деталей и узлов оборудования общие требования к чистоте при монтаже были столь строги, что поначалу они даже мешали темпам строительства. Все рабочие перед входом в соответствующие здания должны были переодеваться в чистую одежду. Первое время этому требованию должны были подчиняться все без исключения. Мы должны были подчиняться этому правилу, даже если просто выходили погулять на несколько минут.

Делалось все возможное, чтобы полностью избавиться от грязи и пыли. Для уборки помещений вместо метел и тряпок применяли пылесосы и мокрые губки. Однако в дальнейшем по мере накопления опыта строгость этих норм оказалось возможным несколько ослабить.

При составлении графика строительства мы наметили пять основных этапов:

1) сооружение одной секции в главном каскаде;

2) окончание сооружения целого производственного корпуса;

3) сдача в эксплуатацию значительной части всего завода, позволяющей получать слегка обогащенный материал (сроком для третьего этапа, принятым 1 января 1944 г., мы назначили 1 января следующего года);

4) окончание строительства остальных корпусов завода, что должно было обеспечить получение максимального количества урана-235 для его использования в первой бомбе;

5) окончание строительства всего завода и достижение его проектной мощности.

Получить слегка обогащенный уран к 1 января 1945 г. не удалось. Зато остальные намеченные задачи были выполнены точно в срок (в разгар строительных работ штат объекта К—25 составлял около 25 тысяч человек. Стоимость проектирования, конструкторских работ и оборудования на конец 1946 г. составила 253 миллиона долларов. Полная стоимость работ, выполненных по договорам, равнялась 275 миллионам долларов).

В том виде, в каком газодиффузионный процесс был осуществлен, он представлял полностью американское достижение. Англичанам были сообщены только некоторые общие его характеристики. Следует напомнить, что первые работы в этом направлении начались в Англии, хотя они и не вышли за пределы теории и лабораторных экспериментов.

Весной 1942 г. в США было проведено несколько предварительных конференций с участием представителей Англии Эйкерса, Саймона и Пайерлса, на которых обсуждались основные закономерности метода газовой диффузии и возможные типы производственных установок. Однако английская точка зрения на проект завода сильно отличалась от нашей, как и предлагаемые ими методы и оборудование. По этим причинам обсуждение не могло иметь для нас сколько-нибудь серьезного значения.

Осенью 1943 г. англичане прислали в США группу ученых и инженеров для ознакомления с нашими планами работ по газодиффузионному методу. Они пробыли у нас с сентября до конца 1943 г., изучив в деталях наши проекты, и не согласились с тем путем, который мы избрали. По мнению большинства наших специалистов, это объяснялось тем, что наш проект был основан не на их теоретических разработках. Проблема выбора материала для мембран обсуждалась с англичанами также во всех деталях, однако это не повлияло на наш выбор.

В декабре 1943 г. англичане предложили рассмотреть возможность осуществления кругового цикла, т. е. направления полученного продукта вновь в первую секцию каскада. Теоретически такое предложение выглядело очень привлекательно, так как оно позволяло существенно сократить число секций. Однако оно было связано с повышением требований к мембранам, которые к тому времени, несмотря на годы исследований, так и не были разработаны. Это предложение сильно усложняло конструкцию конвертора и эксплуатацию отдельных секций.

Я категорически возражал против любых серьезных изменений в проекте, ибо это задержало бы строительство завода.

Английская группа предложила также проект завода в виде каскада каскадов. По этому проекту завод должен состоять не из одного длинного каскада, а из нескольких частей, каждая из которых представляет отдельный каскад, определенным образом соединяющийся с соседними частями. Такая схема была слишком сложна и поэтому имела ряд недостатков. Американский вариант проекта казался нам вполне удовлетворительным. Мы, правда, изучили предложения англичан во всех деталях, чтобы убедиться в правильности нашего решения. Обсуждение с ними вопросов конструкции завода было особенно полезно для поисков способов регулирования и ликвидации нарушений в режиме эксплуатации завода.

Англичане вносили и другие предложения, но ни одно из них не было принято. Основная польза от этих предложений сводилась к стимулированию мышления и деятельности инженеров «Келлекса».

С февраля по май 1944 г. несколько ученых из английской группы оказали нам некоторую помощь в решении некоторых теоретических вопросов. Это были Пайерлс, Киртон, Скайрн и Фукс. Они жили в Нью-Йорке и пользовались правом разъезжать по всей стране.

Я уже упоминал, что первым процессом разделения урана, с которым я познакомился после моего назначения, был процесс жидкостной термодиффузии. Процесс происходит в колонне, представляющей собой длинную вертикальную трубу, охлаждаемую снаружи и содержащую внутри нагретый цилиндр. Эффект разделения изотопов в такой колонне обусловлен тем, что более легкая фракция накапливается у горячей поверхности внутреннего цилиндра и движется вверх вследствие закона конвекции.

С практической точки зрения этот метод не годился в качестве основного, поскольку он требовал громадного количества пара. По грубым минимальным подсчетам стоимость такого производства достигала сумм порядка двух миллиардов долларов, но и она не казалась мне достоверной. Я лично бы увеличил ее до трех миллиардов, если бы пришлось осуществлять этот процесс. Масштабы исследовательских работ, проведенных в этом направлении Абельсоном, хотя и на достаточном научном уровне, были весьма ограничены.

Он начал свои работы в Институте Карнеги в Вашингтоне и уже летом 1941 г. добился получения некоторого количества урана-235. Интерес военно-морского флота к его работам был связан с надеждой на получение нового источника энергии. Поэтому военно-морской флот сразу стал поддерживать его исследования сначала в Институте Карнеги, а затем предоставил ему возможность работать в своей исследовательской лаборатории. Здесь эти работы велись в течение ряда лет.

ОСРД, а впоследствии МЕД, внимательно следили за развитием работ Абельсона. Сам способ и результаты неоднократно обсуждались компетентными научными совещаниями. Никто из участников не был, однако, особенно восхищен возможностями этого метода.

Тем не менее, в июне 1944 г. Оппенгеймер высказал предположение, что метод термодиффузии было бы неплохо применить на первой стадии разделения для получения слегка обогащенного продукта, который затем использовать в качестве исходного материала на других заводах. Насколько мне известно, Оппенгеймер был первым, кто оценил преимущества такого приема. Я не колеблясь решил, что эта идея достойна того, чтобы испытать ее на практике.

Почему никто об этом не подумал раньше, я затрудняюсь сказать. Вероятно, это произошло потому, что, когда мы изучали метод термодиффузии, мы рассматривали его в качестве единственного, забывая о возможности комбинирования различных процессов. Подобный шаг был сделан позднее, когда мы решили ограничить степень обогащения продукта газодиффузионных заводов и использовать его как исходный материал для бета-стадии электромагнитного способа.

Если бы я раньше разглядел возможности термодиффузии, мы быстрее применили бы этот метод, потратили бы на строительство завода немного больше времени, но зато он был бы мощнее и лучше. Это наверняка положительно повлияло бы на уровень производства урана-235 в июне и июле 1945 г. Помогло бы это закончить войну раньше, я не могу утверждать, однако никак не могло повлиять на срок испытания в Аламогордо, поскольку там была использована бомба имплозионного (взрывного) типа из плутония. Даже в том случае, если бы производительность уранового завода была к тому моменту выше, мы не смогли бы пойти на использование урана-235 при испытаниях.

Через несколько дней, после того как Оппенгеймер высказал свое предложение, мы приступили к его реализации. В то время военно-морской флот уже строил полупромышленную установку на своей верфи в Филадельфии. Она была почти готова, и методы ее эксплуатации отработаны.

Чтобы в предельно короткий срок запустить подобный, этой установке большой завод, мы решили поручить всю эту операцию фирме «Фергюсон», и 26 июня 1944 г. в день, когда договор с ней был подписан, адмирал Кинг по моей просьбе приказал передать ей все планы работ флота.

Для облегчения проектирования и строительства я приказал, чтобы все основные производственные узлы нашего завода были копиями филадельфийской установки. Много времени мы сэкономили, использовав черновые эскизы вместо принятых детальных чертежей.

В спешке выбирали возможные места размещения завода, упоминался Детройт, однако мы остановились на Ок-Ридже, решив построить завод по соседству с тепловой электростанцией завода К—25. Такое расположение сочетало преимущество использования уже имевшихся резервов пара с близким расположением к заводу К—25, который должен был работать на продукте термодиффузионного завода.

Кроме того, мы стремились не строить новых закрытых объектов на новых территориях. Это производство получило секретное кодовое наименование S—50.

Когда был решен вопрос о месте строительства нового завода, компания «Юнион карбайд» выразила опасение, указав на возможность взрыва пара высокого давления, которым должен был снабжаться этот завод, и на последствия такого взрыва для работы завода К—25. Они также опасались, что промышленная вода электростанции окажется зараженной продуктом завода S—50, что может вызвать нарушение работы электростанций.

Опасности разрушительного взрыва пара я не придавал большого значения, а чтобы исключить возможность загрязнения воды, мы предусмотрели ряд контрольно-регулирующих устройств. Основным оборудованием завода были колонны, объединявшиеся в каскады (по 102 колонны), которые мы называли решетками. Колонна представляла собой вертикальный цилиндр высотой 15 метров и состояла из никелевой трубы, проходящей внутри медной трубы большего диаметра. Медная труба с внешней стороны была окружена водяной рубашкой. Колонны располагали тремя группами, в каждой по семи решеток, что составляло в сумме 2142 колонны. Колонны лаборатории военно-морского флота были нестандартными и количество их было невелико. Компания «Фергюсон» должна была, однако, организовать их Массовое производство. Было запрошено около 20 фирм, но ни одна из тех, кому можно было доверить производство колонн, не согласилась выполнить заказ. В конце концов две фирмы согласились попробовать. Преодолев ряд серьезных трудностей, они смогли разработать метод производства, позволявший изготовлять до 50 колонн в день. 5 июля, т. е. через девять дней после заключения контракта, компания «Фергюсон» направила заказ на первую партию колонн, а 9 июля уже началась расчистка площадки под строительство завода.

В августе началась стажировка обслуживающего персонала в исследовательской лаборатории военно-морского флота, а в сентябре произошел мощный взрыв на полупромышленной установке, при котором пострадало несколько человек и были разрушены многие узлы. Мы были убеждены, что взрыв произошел по не зависящим от нас причинам (как оно впоследствии и оказалось), но это событие требовало тщательного расследования и, конечно, несколько задержало работу.

Необходимость иметь готовый продукт как можно раньше диктовала нам суровые сроки строительства. Даже срок в шесть месяцев для сооружения главного производственного корпуса казался многим оптимистическим, а я отвел на строительство 120 дней. При строительстве этого завода мы пользовались высшими льготами как в снабжении, так и во всех остальных областях. Монтажники, трубопроводчики, сварщики, электрики, плотники и эксплуатационный персонал бок о бок в бешеном темпе работали на смежных участках. Как только такелажники устанавливали колонну на место и монтажники заканчивали ее сборку, она тут же испытывалась под давлением и подвергалась очистке силами эксплуатационного персонала. Через 69 дней после начала строительства третья часть завода была закончена и началась его пробная эксплуатация. К концу октября колонны выдали первую партию продукта, а в июне следующего года завод достиг расчетной максимальной мощности.

Сначала эксплуатация завода не ладилась. Серьезно мешали полное отсутствие опыта эксплуатации полупромышленной установки, нехватка подготовленного персонала и, как неожиданно выяснилось, недостаточное количество пара. Нас преследовали утечки рабочего материала и пара высокого давления. Лишь к январю 1945 г. удалось полностью, справиться со всеми трудностями.

Использование пара высокого давления (до 60 килограммов на квадратный сантиметр) было рискованным предприятием, особенно если учесть, что оборудование изготовлялось и монтировалось в такой спешке. Мешавших нам течей удалось бы наверняка избежать, если бы мы имели больше времени на работу над проектом.

На одной решетке из-за ее спешной сборки была особенно сильная утечка пара высокого давления. Образовывавшиеся облака пара и шум сильно затрудняли работу обслуживающего персонала. Мы, однако, не останавливали эту часть завода, несмотря на условия, которые в обычное время требовали бы немедленного прекращения производства.

Лишь только тогда, когда завод достиг максимальной проектной мощности, мы отключили эту решетку для ремонта.

К октябрю стало очевидным, что через соединения наверху и у основания колонн уходит слишком много пара. Поэтому мы решили заменить все резьбовые соединения сварными. К январю все решетки были уже переоборудованы и вновь готовы к производству.

По мере ввода в эксплуатацию различных заводов Ок-Риджа нас все больше начинал волновать вопрос о способе их наиболее эффективного использования.

Вся проблема в целом была крайне сложна не только из-за постоянно менявшейся производительности и степени обогащения отдельных установок, но и из-за того, что продукт одного процесса служил исходным материалом другого и это соотношение могло также меняться. Кроме того, по мере ввода в строй дополнительного оборудования, а начиная с весны 1945 г. это происходило почти ежедневно, производительность также увеличивалась, что в свою очередь влияло на эффективность установок, работавших на обогащенном материале. Мы знали, что в процессе эксплуатации можно повысить производительность, но результаты нам трудно было предвидеть.

Поскольку правильное решение этой задачи имело определяющее значение для успеха всего предприятия, я попросил Николса сосредоточить максимум внимания на ее решении. Для этого он в декабре 1944 г. организовал специальную группу из ученых и инженеров, в основном офицеров или мобилизованных в армию, во главе с майором Питерсоном, задача которых состояла в выработке оптимального плана эксплуатации заводов с учетом изменений всех характеристик отдельных процессов.

Эта группа приступила к работе, когда точное количество урана-235, необходимого для создания бомбы, было еще ч неизвестно. Питерсон неоднократно обсуждал с Оппенгеймером вопрос о важности количества необходимого материала и степени его обогащения. В результате степень обогащения была установлена. Под руководством Питерсона группа смогла также разработать наилучший вариант использования электромагнитных, газодиффузионного и термодиффузионного заводов. Составленный ими план непрерывно изменялся по мере повышения производительности и изменений сроков ввода в строй новых объектов.

К маю 1945 г. стало очевидно, что сделанные еще до Ялтинской конференции расчеты были правильными и что в конце июля мы уже будем иметь достаточное количество урана для создания одной бомбы.

После тщательного анализа ситуации совместно с Николсом, Питерсоном и Оппенгеймером день 24 июля был установлен в качестве предельного срока.[12]12
  Гровс торопился испытать атомную бомбу до окончания войны с Японией и повергнуть мир к ногам Соединенных Штатов. Он не раз заявлял, что если бы бомба не была сделана раньше конца войны, не следовало бы и начинать эту затею. – Прим. ред.


[Закрыть]

К концу этого дня достаточное (даже несколько большее) количество урана было отправлено в Лос-Аламос для изготовления первой бомбы, предназначенной для Японии.