Оружие Урала

А вершиной промышленной технологии газодиффузионного разделения изотопов урана стал завод Д-5. Он был укомплектован принципиально новыми машинами, в которых двигатель компрессора вынесен за пределы рабочей зоны агрегата. Специальное уплотнение на вращающемся валу не только обеспечивало вакуум внутри агрегата, но позволяло вдвое увеличить рабочее давление. Разработанные непосредственно на комбинате разделительные фильтры, число которых в каждой машине тоже было увеличено, значительно повысили производительность разделения. Для сравнения можно отметить, что производительность новых машин Т-51 была в 75 раз выше, чем у машин ОК-9, установленных на заводе Д-1. При этом они в 3, 5 раза меньше потребляли электричества. Вот почему в день пуска завода Д-5 было остановлено оборудование на Д-1 и начался его демонтаж. Несмотря на это, выпуск обогащенного урана в 1957 году увеличился по сравнению с 1950 годом в 100 раз!

Однако энергозатраты оставались огромными. Специально для электропитания завода Д-5 была постоена Верхне-Тагильская ГРЭС мощностью 600 Мвт. А в общей сложности комбинат потреблял 3% всей производенной в 1958 году в Советском Союзе электроэнергии.

Возможности дальнейшего совершенствования газодиффузионной техники были исчерпаны. Модернизация и улучшение могли достигаться только за счет отдельных узлов и деталей. Наибольший эффект давало улучшение разделительных свойств фильтра. На комбинате имелась научно-лабораторная база, где разрабатывались фильтры и мощности по их производству.

Дважды газодиффузионное оборудование подвергалось модернизации - в конце 50-х и 60-х годов. В результате общая производительность увеличилась в 2 раза, а энергозатраты сократились почти на 40%. По мере старения газодиффузионные машины выводились из работы. В 1966-67 годах были демонтированы заводы Д-3, Д-4 и СУ-3. На их площадях разместился Уральский автомоторный завод. А в 1972 году настал черед и Д-5. Газодиффузионный способ разделения изотопов урана был полностью заменен другим центрифужным.

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.