Виктор Мясников - Оружие Урала

Основоположником центрифужного метода разделения изотопов в советском Союзе можно считать немецкого эмигранта физика Ф. Ланге. В Харьковском физико-техническом институте он начал эксперименты по разделению газовых смесей на центрифуге ещё в 1935 году. Теоретические основы разделения газов с разным молекулярным весом в центробежном поле разработал в 1937 году Ю. Б. Харитон. Первая центрифуга была изготовлена на Уфимском авиазаводе в 1942 году. На следующий год Ф. Ланге привез её в Свердловск, где в лаборатории И. К. Кикоина продолжил свои эксперименты. Но существенных результатов достигнуть не удалось, и было принято решение о разработке газодиффузионного метода как наиболее перспективного. Тем не менее, в 1945 году при ПГУ была организована Лаборатория №4, руководителем которой назначили Ф. Ланге. Но в дальнейшем работы посчитали бесперспективными и лабораторию ликвидировали. Ф. Ланге в 1959 году выехал в ГДР, где возглавил Институт молекулярной физики. Другие немецкие ученые и инженеры: М. Штеенбек, Г. Циппе и Р. Шеффель занимались разработкой разделительной центрифуги в Сухумском физико-техническом институте. Их конструкция оказалась непригодна для промышленного использования, зато в ней содержалось важное решение - "стакан" центрифуги, он же ротор электродвигателя, опирался тонкой стальной иглой на победитовый подпятник-демпфер, а верхний конец ротора располагался в полости цилиндрического постоянного магнита. Эта оригинальная техническая идея избавляла центрифугу от подшипников, передающих валов и многих других дополнительных систем, что значительно удешевляло процесс разделения изотопов. Единственной проблемой была передача газа из одной центрифуги в другую, чтобы можно было объединять их в каскады.

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.