Тред №51834

Мировая история ядерных центрифуг и место Советского Союза в ней достойны пары страниц на "И как же оно тикает?".

Я предлагаю здесь сухую выжимку из дискуссии, имевшей место быть на Росбалте,

http://forum.rosbalt…%C2&st=300

с участием Зоила, естественно Мимохожего, ну и я в числе прочих отметился. Там много чего перемешано, и я постарался вычленить интересную часть, опуская для связности  кто чего сказал, кому важны детали, см. ссылку наверху.

В ней нет никаких Клаусов Фуксов и семейств Розенбергов, что пудами воровали для нас документацию. Все наоборот: как мы опередили остальной мир на ...дцать лет? Почему амеры так отстали? И почему у нас обогащение эдак втрое дешевле, чем у амеров с их газовой диффузией?

Для начала: уже в конце 19-го века на любой приличной молочной ферме мира бойко крутились молочные сепараторы-центрифуги. Физика их тривиальна. Дьявол кроется в деталях, и укротили дьявола именно в СССР.

Сколько лет гончарному кругу столько центробежные силы известны человечеству. Но первый труд Ce vi Centrifuga был написан Гюйгенсом только в 1659-м, и опубликован посмертно в 1703-м. Именно он связал с центробежными силами потенциал подобный гравитационному: тяжелые газы ближе к Земле (стенка ротора), а легкие газы повыше (ось ротора): пишется барометрическая формула, но вместо линейного гравиатационного потенциала входит квадратичный центробежный. А первым экспериментально разделил смесь ГАЗОВ -- водорода и азота -- Бредиг в 1895-м, крутивший стекляную ампулу со скоростью 55 м/сек на концах. А свою центрифугу он взял взаймы в гигиенической лаборатории Амстердамского университета, так что центрифуги (для разделения взвесей, не газов) были тогда уже в полном ходу. Кстати, уже при тех скоростях вращения центростремительные силы в полторы тыщи раз превышали силу тяжести.

Задолго до урановой эпопеи, в 1936-м, группа Бимс-а в Виргинском университете разделила (обогатила) изотопы хлора. И они же осознали, что чахлое обогащение сводится на нет перемешиванием из-за конвекции в газе. Утверждается, что эта же группа в 1939 сделала работающую центрифугу современной геометрии с вертикальным цилиндрическим ротором. С началом Манхэттенского проекта в США центрифугой занялись очень и очень всерьез, не кто иной как нобелевский лауреат Поль Дирак внес большой вклад в теорию, в частности, закон, что обогащение идет как 4-ая степень линейной скорости ротора.

В СССР тоже не спали.  Харитон на Харьковской сессии АН СССР по атомному ядру (ноябрь 1939) высказал идею, а  Ф.Ланге, В.А. Маслов и  В.С. Шпинель из Харьковского Физтеха (УФТИ)  на заявку  "Способ приготовления урановой смеси, обогащенной ураном с массовым числом 235. Многокамерная центрифуга" от 17.10.1940 г. получили  авторское свидетельство # 6359с. Чуть позже Ланге и Маслов подают еще одну заявку на изобретение - "Термоциркуляционная центрифуга" (1 января 1941 г.).

В сентябре 1941 г. УФТИ эвакуировали в Уфу, и Распоряжение Государственного комитета обороны # 2352 сс от 28 сентября 1942 г. "Об организации работ по урану" дало конкретное поручение Ланге: ". Академии наук УССР (академик Богомолец) организовать под руководством профессора Ланге разработку проекта лабораторной установки для выделения урана-235 методом центрифугирования и к 20 октября 1942 года сдать технический проект казанскому заводу "Серп и молот" Наркомата тяжелого машиностроения. Народному комиссариату тяжелого машиностроения (т. Казаков) изготовить на казанском заводе подъемно-транспортного машиностроения "Серп и молот" для Академии наук СССР к 1 января 1943 года лабораторную установку центрифуги по проекту проф. Ланге, разрабатываемому в Академии наук УССР".

В лаборатории электрических явлений Уральского физико-технического института в 1943 г. начались эксперименты с ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ  центрифугой Фрица Ланге. В своих воспоминаниях Д.Симоненко, работавший вместе с Ланге, пишет: "Центрифуга в сборе представляла собой довольно громоздкое сооружение, общий вес деталей которого составлял немногим меньше тонны". В результате проведенных экспериментов была разработана оригинальная установка - самокаскадирующаяся противоточная колонка для разделения газовых смесей и изотопов. Конструктивное решение колонки было предложено Ланге и Симоненко. В записке Курчатова заместителю Председателя СНК СССР М.Г. Первухину "О задержках в изготовлении центрифуги и в обеспечении Лаборатории # 2 от 13 апреля 1943 г." отмечается: "Одним из наиболее важных этапов работы Лаборатории # 2 является испытание центрифуги, изготовляемой по проекту проф. Ланге на моторном заводе # 26 в г. Уфе… Выполнение центрифуги на моторном заводе # 26, однако, недопустимо задержалось… Для того, чтобы избежать дальнейших задержек, прошу Вашего распоряжения об ускорении изготовления центрифуги на заводе # 26". С 26 по 29 апреля было произведено 4 испытания аппарата на числе оборотов 12 000 в минуту. Испытания показали неудовлетворительную работу ШАРИКОВЫХ подшипников, сейчас производятся некоторые изменения в этой части прибора, и 3 мая с.г. намечено в 5-й раз произвести испытания".

Горизонтальный ротор и шариковые подшипники были тупиком. Но найти тупик не менее важно, чем проторить правильную тропку. Американцы в Манхэттенском проекте  сделали вертикальный ротор. Но от шарикоподшипника не ушли. И положили на центрифугу то-о-о-о-о-олстый болт.

В связи с законом 4-й степени скорости надо вспомнить Де Лаваля, имя которого известно всем теплотехникам. Доведенный до отчаяния частым разрушением газовых турбин, в 1889 (!) году он изобрел самобалансировкy или самоцентровку, с которой хорошо знаком каждый владелец стиральной машины. Без этого никакая чистота механической обработки ротора не помогла бы. Расхожая байка гласит, что если по ротору ядерной центрифуги мазнуть пальцем, то после разгона возникший разбаланс её разорвет.

Одна из глубоких причин: никто в Манхеттенском проекте, равно как и в фашистской Германии, не вспомнил (!!!) о магнитных подшипниках, которые были реализованы Эвершедом ещё в 1900-м. А в Советcком Союзе вспомнили, и Мимохожий в этой связи поминал Капицу. Пустячок: на вращение одного советского ротора потребна мощность мотoров в НЕСКОЛЬКО ВАТТ (!!!), всего лишь в ТЫЩУ раз меньше, чем в Манхэттенском проекте. Ротор --- стакан ---, стоит на игле, нагрузка на которую вдобавок магнитной подвеской сильно снимается. Никаких ремней: стакан есть ротор электромотора и висит над плоским статором --- фактически это линейный электромотор. Грубо говоря, ротор ничего механически не касается, кроме как слегка стоит на игле. И крутится спокойно со скоростью поверхности в ДВА Маха и выше.А у Ланге он лежал своим весом на подшипниках... Далее, можно заставить с пользой поработать и конвекцию, чтобы она выносила наверх более легкий уран-235. Десятки на улице не валяются, не говоря о сотнях, а тут выигрыш в потребляемой мощности в тыщу раз! Прочие разные хитрости включают борьбу с резонансами в стакане: загуди он -- разнесет! И материал, и сильфоны и много чего. Все учившие сопромуть и физику оболочек знают, что собственные частоты стакана должны быть сильно выше частоты вращения. Материаловедение ротора центрифуги --- отдельная песня.

Для читателей с техническим образованием очень хорош обзор физики центрифуг, с очень частичным описанием советского прорыва ---- ДЫК МЫ НИЧЕГО И НЕ ПУБЛИКОВАЛИ! --- , принципа самоблансировки Де Лаваля и отличия между подкритическими и сверхкритическими центрифугами в общедоступном журнале Rev. Mod. Phys. 56, 67 - 97 (1984), автор Stanley Whitley. В обзоре обсуждены все достижения науки к 1962 году. После этого ВСЕ по ядерным центрифугам было засекречено.

Ключевая дата 1962 не случайна. На Западе героем центрифуг считается австрияк Гернот Циппе. Как один из трофейных инженеров, он работал механиком в группе Макса Штеенбека в Сухумском Физтехе (НИИ-5).  Они там тоже сварганили каракатицу, которая крутилась, но ничего не разделяла. Циркуляцию газа в роторе и переход из одной центрифуги в другую пытались осуществить через конденсацию (нагрев-охлаждение). Очередной тупик. В 51 году эту группу "прикрыли", а троих  немцев перевели в КБ к Синёву --- это имя еще появится. Там Циппе и подглядел кое что. Когда после 1956-го их отпустили взад, Циппе попал на конференцию по обогащению урана в Германии. И поразился, что о центрифугах все молчат. Он заговорил о советском успехе, и все грамотеи, знавшие, что амеры тему закрыли как бесперспективную, подняли его на смех. Циппе не будь дурак запатентовал спешно советскую центрифугу. Наши об этом воровстве знали, но молчали чтобы не раскрываться и не спугнуть амеров раньше времени. Он стучался еще несколько лет, но его посылали на@. Тогда он поехал в США и сумел получить грант на работу над прототипом. В второсортном Виргинском университете --- в места получше его не пустили. И когда в 61-м прототип заработал, амеры схватились за голову. А Циппе начал выдавать себя за автора советской центрифуги.  По возвращению в Европу именно благодаря  Циппе раскрутились работы по евроцентрифуге --- ноне это известная компания URENCO. К середине 60-х американцы настолько погрязли в диффузионном разделении изотопов, что на центрифугу переходить не стали. У нас сегодня в ходу центрифуги до 8-го поколения и на подходе 9-е поколение. Каждое следующее поколение наших центрифуг на 30-50 % эффективнее предыдущего.

Что касается советских работ, то лучше почитать  самому очень интересную историю

http://proceedings.u…ontent.jsp

Дополнение от 2015: Вдогонку:  нашлась действующая ссылка на воспоминания Паригория Евстафьевича Суетина



http://elar.urfu.ru/handle/10995/24320



Достойнейшее чтение!

Пресловутый Циппе здесь помножен строго  на ноль.

Интересная сводка событий в

http://209.85.135.10…d=12&gl=de

Выдержки из "Хронология основных событий истории атомной отрасли СССР и России"

http://npc.sarov.ru/…logy1.html

Как меняется важность задач со временем: центрифуги в центре внимания, не первом плане именно Ф.Ланге, потом это на заднем плане, а сегодня все стоит на этой технологи... Итак, выдержки:

конец 1938 года - Формулировка директором Физического института С.И. Вавиловым предложений по организации работ в институтах АН СССР по исследованию атомного ядра.

25 ноября 1938 года - Постановление Президиума АН СССР по организации работ в АН СССР по исследованию атомного ядра и созданию постоянной Комиссии по атомному ядру при Физико-математическом отделении АН СССР. В состав комиссии вошли С.И. Вавилов (председатель), А.Ф. Иоффе, И.М. Франк, А.И. Алиханов, И.В. Курчатов и В.И. Векслер. В июне 1940 года в состав Комиссии были введены В.Г. Хлопин и И.И. Гуревич.

7 марта 1939 года - Предложение М.Г. Первухина о концентрации исследовательских работ по атомному ядру в Физико-техническом институте в г. Харькове.

15-20 ноября 1939 года - Четвертая Всесоюзная конференция по ядерной физике в г. Харькове.

16-17 апреля 1940 года - Первое Всесоюзное совещание по химии изотопов. На конференции обсуждались планы производства тяжелой воды на Чирчикском электролизном заводе.


июль 1940 года - Предложение А.П. Виноградова об использовании гексафторида урана для разделения изотопов урана.

23 августа 1940 года - Предложение А.П. Виноградова о необходимости поисков новых летучих соединений урана (кроме гексафторида UF6), необходимых для решения проблемы изотопного разделения урана.

29 августа 1940 года - Предложения И.В. Курчатова, Ю.Б. Харитона, Л.И. Русинова и Г.Н. Флерова об использовании энергии деления урана в цепной реакции.

конец 1940 года - Предложение Ф.Ф. Ланге, В.А. Маслова и В.С. Шпинеля по центрифужному способу разделения изотопов урана.

начало 1941 года - Предложение Ф.Ф. Ланге и В.А. Маслова по развитию центрифужного способа разделения изотопов урана.

10 декабря 1945 года - Постановление СНК СССР об организации Инженерно-технического совета при Специальном Комитете во главе с М.Г. Первухиным. В составе совета действовало шесть секций:

* первая секция по проектированию и сооружению заводов плутониевого комбината No. 817 (М.Г. Первухин, И.В. Курчатов);
* вторая секция по проектированию и сооружению заводов комбината No. 813 по газодиффузионному разделению изотопов урана (В.А. Малышев, И.К. Кикоин);
* третья секция по проектированию и сооружению установок завода No. 814 по разделению изотопов урана электромагнитным методом (Г.В. Алексенко, Л.А. Арцимович);
* четвертая секция по проектированию установок по выделению изотопов (А.В. Касаткин, М.О. Корнфельд);
* пятая секция по проектированию и сооружению горнометаллургических предприятий (А.П. Завенягин, Н.Ф. Правдюк);
* шестая секция приборостроения (Н.А. Борисов).

17 декабря 1945 года - Постановление СНК СССР о создании Лаборатории No. 4 ПГУ по разработке технологии разделения изотопов урана центрифужным методом (начальник - Ф.Ф. Ланге).
---------------------------------------------------------------------

И, может тогда это было за пределами даже научной фантастики, но о пучковом оружии думали:

15 августа 1948 года - Постановление СМ СССР о разработке вопросов по возможностям создания средств противодействия ядерному оружию на основе использования потоков нейтральных и заряженных частиц высоких энергий (Институт химической физики, Физический институт, Лаборатория No. 2).

----------------------------------------
Так или иначе,  продолжать работы над центрифугой, когда разведка доносила, что американцы пошли по пути диффузии и электромагнитного разделения, было очень и очень непросто. Тот же Кикоин относился к центрифугам с ... кхм-м-м ... скепсисом. И на этом этапе работа уже не теоретиков, а инженеров и конструкторов была важнейшей.  И одним из многих героев был   гл.конструктор ОКБ ЛКЗ (Кировский завод) Н.М.Синёв. А управлял "процессом" - начальник 4 НТУ МСМ умный генерал А.Д.Зверев. Тендер "выиграло" ОКБ ЛКЗ - гл конструктор Н.М. Синёв. Между прочим, Кикоин в начале был если не против, то очень скептически относился к идее. И первым научным руководителем проекта номинально был академик Константинов.

А хронология выглядит так: 1956 г.-установочная партия (изделие 118) для опытного завода ГТ-1, решение о строительстве которого было принято в 55 г. -2626 центрифуг. До этого -единичные опытные образцы. Завод был пущен в 57 г. В 58 г Синёвым была разработана центрифуга ВТ-3ф -первая промышленная модификация (которая была запущена в серию в 60 году) -прародитель всех последующих поколений. Успех полный, так что в 60-м решено попросту перейти на центрифуги, и с 62-го по 64-й залы бывших диффузионных заводов были заполнены центрифугами в основном третьего поколения. 

А Николай Михайлович  Синёв - доктор наук, профессор, лауреат Ленинской премии  и 4-х госпремий , вдобавок еще и автор канонического учебника "Экономика ядерной энергетики.  Основы технологии и экономики производства ядерного топлива". Это здоровый талмуд, выдержал много изданий, и замечателен он тем, что нет в нем  ни одной цифры, к примеру, о советских тогда запасах урана, или его переработке в СССР (я об изданиях 80-х), или о конструкции собственно советских реакторов. Таковы были законы жанра.... даже в 80-е гг.

Получилось длинно, но бесконечно много пришлось опустить....