Чаганов: Война- Часть 3

'За год с трудом наскребём материала для изготовления одной атомной бомбы. Чтобы иметь возможность выпускать хотя бы десяток, нужно соответственно 20 тысяч ступеней. А это компрессоры, теплообменники, холодильники, клапаны, дроссели, резервуары. Все они должны постоянно проверяться на вакуумную плотность, а это оборудование и оборудование, которому нет конца. Это я не говорю о строительстве многих производственных корпуса длиною в сотни метров и, главное, о подготовке десятков тысяч людей, которые будут работать на этом оборудовании, чинить и обслуживать его'.

— ... В качестве наиболее перспективных материалов для фильтров считаются никель, серебро, а также алюминий. Мы недавно в лаборатории, по технологии ,полученной из НИИ-48, изготовили и испытали фильтр, который показал отличные результаты. Метод заключается в электролитическом травлении тонкой алюминиевой фольги — 15-20 микрон — в сернокислотной ванне; при этом получаются поры в виде параллельных цилиндрических каналов из оксида алюминия...

'Понятно, что хочет сказать Кикоин — основные технологии для разделения изотопов методом газовой диффузии имеются, можно начинать проектирование и строительство завода. Беда только в том, что это нам сейчас не под силу'.

— Спасибо, товарищ Кикоин, присаживайтесь,— Курчатов бросает в мою сторону вопросительный взгляд.

— Товарищи,— встаю из-за стола и прохожу к школьной доске,— прежде всего хочу поблагодарить Исаака Константиновича за подробный анализ всех существующих на данный момент методов разделения изотопов. Полностью согласен с его оценкой, что электромагнитный способ весьма перспективен для применения его на завершающей стадии обогащения, с целью доведения её до 90-94 процентов. Согласен также, что газо-диффузный метод уже вполне готов для промышленного производства, а центробежный ещё очень сырой. Образно говоря, первый метод — это своего рода 'синица в руках', а второй — 'журавль в небе'. Я говорю это так потому, что центробежный метод, если он будет освоен, позволит нам далеко оторваться от наших преследователей в атомной гонке, а именно от германской и, по некоторым данным, объединённой англо-американской команды...

В кабинете становится шумно.

— Да-да, товарищи, я не говорился, англо-американской команды, также усиленной лучшими игроками немецкой, которым удалось вырваться из лап Гитлера. Так вот, как известно, одним из главных достоинств центробежного метода является то, что коэффициент разделения в данном процессе зависит от разности молекулярных масс двух изотопов, а не отношения этой разности к молекулярной массе или даже к квадрату массы, как в других методах. Таким образом, чем тяжелее элемент, тем значительнее выигрыш от применения центрифуги, который может достигать в случае урана 10-50 раз, если только пересчитать это на энергию, затраченную на разделение. Но это ещё не всё, капитальные вложения на строительство завода центрифуг следует ожидать гораздо меньшими...

'Заскучали, действительно, что это я об элементарных вещах рассказываю? И кому, людям, которые понимают в ядерной физике во много раз больше меня'.

— ... Однако сооружение такого завода для обогащения урана сопряжено с необходимостью решения множества трудных технических и теоретических задач. Уже несколько лет информационный отдел НИИ-48 по всему миру ведёт работу по поиску любой информации касательно центрифуг, официальной и неофициальной, и ему удалось достичь в этом неплохих результатов. Удивительно, но основной улов был получен в патентных бюро некоторых стран, причём наиболее интересные, на мой взгляд, идеи содержались в отклонённых заявках на патент. Суммируя эти идеи, я позволю себе предложить вашему вниманию набросок проекта принципиально новой центрифуги.

Достаю из тубуса свёрнутый лист ватмана и пришпиливаю его кнопками к доске:

— Извините, но чертёж довольно мелкий, поэтому прошу просто подойти поближе. Итак, в новой центрифуге кардинально решена главная проблема — выход из строя подшипников, которые не могут длительно выдерживать огромные скорости вращения ротора. Как вы видите на рисунке, нижний подшипник заменён стальной иглой, упирающейся в карборундовый подпятник, и вся эта хитроумная конструкция удерживается специальной магнитной подвеской в верхней части ротора, основу которой составляет постоянный магнит...

— 'Волчок', значит,— Кикоин скребёт гладко выбритую щёку,— оригинальное решение. А почему у вас, Алексей Сергеевич, электродвигатель такой странный? Зачем этот блин снизу 'трубы'?

— 'Блин', как вы выразились, это плоский ротор электродвигателя. Он исключает замыкание его замыкание на статор, если по каким-то причинам возникают вибрации 'трубы'.

— А это что за трубки?— из-за спины доносится простуженный голос Курчатова,— ясно, что по оси подводится гексафторид... тогда эти две — две фракции, лёгкая и тяжёлая. Но почему одна вверху, а другая внизу? С чего бы им разделяться по высоте, а не по радиусу 'трубы'?

— Отличный вопрос, Игорь Васильевич. Чтобы разделить изотопы не только по радиусу, но и по высоте надо создать градиент температуры. В результате получится восходящий поток 'тяжёлого' газа вдоль стенки 'трубы' и нисходящий поток 'лёгкого' вдоль её оси...

— Как всё просто,— Кикоин потрясённо смотрит на рисунок,— это же трубки Пито, набегающий поток будет создавать разность давления и выводить 'продукт' и 'отвал' из трубы... Вот только не станет ли 'кочерга' нам турбулентность создавать? Тогда хана всему разделению изотопов...

— Так трубки надо не напрямую в поток вводить,— перебивает его Курчатов,— а поставить внизу трубы диафрагму с отверстием.

— Может быть, может быть,— задумчиво кивает Кикоин,— тогда ещё вопрос, что будем делать с механическими резонансами центрифуги?

— Понимаю о чем вы, Исаак Константинович, чем выше центрифуга, тем выше коэффициент разделения. Думаю, что на первых порах лучше сделать её пониже, 'подкритичной', отладить процесс, а уже затем переходить к 'надкритичным'. Считаю, что если удастся достигнуть обогащения продукта в 3 процента на центрифугу, то это будет грандиозный успех...

— Другой вопрос, что делать с толщиной корпуса,— морщится Кикоин,— допустим, что труба на полном ходу срывается и бьёт в корпус. Это какой-то бронебойно-химический снаряд получится. Если прикинуть его пробивную силу, то корпус остановки надо делать из броневой стали толщиной 60-70 миллиметров. При такой толщине стенки никакой реальной газовой центрифуги создать невозможно.

'Поверил бы, если б не знал, что в жизни всё вышло'.

— Положим, что сталь — не единственный материал, который нам сейчас доступен,— излучаю оптимизм,— да и, всё-таки, не снаряд, а тяжёлая пуля, если судить по кинетической энергии мгновенно разрушающегося ротора. Организуем на полигоне отстрел пластинок разной толщины из разных сплавов. Привлечём к работе специалистов-металлургов. Что-то мне подсказывает, результат будет не таким удручающим, как показывают ваши расчёты, но вы, товарищ Кикоин, правы, это дело надо проверить в первую очередь.

* * *

— Кхм-кхм,— Колмогоров привычным движение приглаживает начинающие седеть жёсткие волосы,— математики ещё с конца прошлого века, можно вспомнить, например, Рэлея, догадывались, что стохастические процессы можно описывать дифференциальными уравнениями, и, соответственно, используя хорошо отработанный аппарат для решения последних, заниматься их исследованиями. Мы, кстати, с Иваном Георгиевичем Петровским, занимаясь 'цепями Маркова', также приложили к этому делу руку. Но ни у кого из математиков почему-то не возникло мысли использовать аппарат стохастических методов для приближённого решения интегральных уравнений. Нужды, видимо, не было, мы же не физики. Но всё изменилось, когда к нам на заседание в Академию наук пришёл Алексей Сергеевич и попросил помочь с решением многомерных интегралов, которые являлись решениями уравнений переноса, возникших в связи с задачей о движении нейтрона в изотропной среде...

'Помню, было... Когда? Да уж больше года назад, Колмогорова тогда ещё академиком не выбрали'.

— ... Я уже упомянул о том, что мы владеем хорошо отработанным аппаратом для интегрирования дифференциальных уравнений, но скромно умолчал о его недостатках, основным из которых является недостаточная универсальность основных методов решений. Так, способ разложения в ряд по собственным функциям практически не работает для тех дифференциальных уравнений в частных производных, где переменные не разделяются; интегральное преобразование Лапласа непригодно для дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами; конформное отображение ничего не даёт для существенно трёхмерной задачи электростатики. Далее, крайне ограничен набор геометрических условий, для которых возможно решение задачи. Дело не идёт дальше шара, плоскости, эллипсоида и некоторых других правильных поверхностей. Даже сочетание простых, но разнородных поверхностей делает задачу неразрешимой. Классические численные методы исправляют часть этих недостатков, они не страшатся сложной геометрии, но чрезвычайно громоздки. Например, решение уравнения Лапласа в n-мерном пространстве сводится к решению n в степени n уравнений, причём оценка погрешности решения представляет собой намного более трудную процедуру, чем сам процесс решения...

'По полочкам всё раскладывает Андрей Николаевич. Учитель с большой буквы, однако'.

— ... Метод статистических испытаний, ('Монте-Карло') над которым мы сейчас работаем вместе с Александром Яковлевичем Хинчиным, свободен от всех этих недостатков. Идея применения метода для расчёта физико-математических задач сводится к эксплуатации двух сторон вероятностного процесса. С одной стороны его параметры можно выразить в виде математического ожидания случайных величин и их функций, то есть в виде формул с априорными вероятностями, а с другой — эти же параметры можно оценить экспериментально, расписав их в виде средних значений от наблюдаемых реализаций случайных величин. Последовательность решения задач методом статистических испытаний следующая: физическому явлению сопоставляется аналогичный вероятностный процесс, при этом доказывается, что искомые физические величины в точности равны математическим ожиданиям случайных величин вероятностного процесса; математические ожидания расписываются в виде статистических сумм с фиксированным числом слагаемых, являющихся реализациями случайных величин; определяется способ получения случайных реализаций; и производится численный счёт.

''Определяется способ получения случайных реализаций'... звучит просто, а ведь это ключевой вопрос, который определяет применимость метода — удастся ли найти такой способ? Конечно, теоретически вопрос реализации 'генератора случайных чисел' трудностей не вызывает. Если слушать математиков, то для этого можно применить ту же рулетку, записывать её показания, создать обширную таблицу случайных чисел, и задача решена. Правда имеется большое 'но', на современном компьютере память весьма ограничена. Тогда они предложили мне создать электронную рулетку, которая будет генерировать случайные числа 'на лету', ведь для её хранения нужна лишь одна ячейка памяти. Но тогда возникает другая проблема — невозможность воспроизвести уже сделанное вычисление, а также контролировать правильность работы генератора. Необходимо в параллель запускать тесты последовательности, что сильно влияет на производительность. С большим трудом удалось склонить математиков к использованию в расчётах программ-генераторов псевдослучайных чисел. Доказать теоретически, что тот или иной генератор даёт последовательность с нужными нам свойствами обычно довольно трудно, что сильно раздражало представителей точных наук, но деваться было некуда и мы согласились на компромисс: строгое доказательство заменяется некими интуитивными соображениями, но затем получаемая последовательность проверяется на специальных статистических тестах, на исполнение критериев согласия и по итогам проверки делается заключение — годен данный алгоритм или нет. При этом окончательно убедило Колмогорова пойти этим путём то, что первый же 'случайно' предложенный мной алгоритм 'генератора', основанный на рекуррентных соотношениях, показал результат, который почти совпадал с результатом, полученным на 'настоящей' случайной последовательности, имеющей равномерное распределение. Решаемая задача, кстати, была самая, что ни на есть актуальная — 'Расчёт внешней оболочки ядерного реактора для пропуска безопасного количества замедленных нейтронов'. Для простоты правда предполагалось, что защита имеет форму плоской пластины'.

* * *

— Скажите, Игорь Васильевич,— после заседания идём по аллее института, под ногами шуршит опавшая листва,— как идут дела у Ершовой?

— Всё также,— со вздохом отвечает он.

— Я понимаю, конечно, что фракционированная кристаллизация нитратов надёжный и действенный метод в смысле очистки радия, например, но нам нужен уран, уран для реактора-наработчика плутония, а это совсем другие объёмы. Мы не можем неделями ждать пока завершится этот кустарный процесс.

— Мы пробовали другой метод, Алексей Сергеевич, 'эфирный'. Это когда к водному раствору нитрата уранила добавляется эфир, и вся смесь взбалтывается. Нитрат уранила большей частью растворяется в эфире, а почти все примеси остаются в водной фазе...

— Это вам, Игорь Васильевич, академик Сажин посоветовал?

— Да, он так в лаборатории обогащал оксиды редкоземельных металлов. Но одно дело иметь дело с пробиркой, а другое с промышленной установкой. Пары эфира взрывоопасны, процесс должен проходить в закрытой герметичной аппаратуре. Для этого необходимы керамические сосуды, трубы и фланцы, выполненные с высокой точностью. В Союзе такого производства нет.

— Керамику для вас мы, конечно, на всякий случай закажем...

'Где лучше? Надежнее в Германии, пока такая возможность имеется. Да и после войны...'

— ... Но, но не лучше ли обсудить этот вопрос сначала с нашими химиками, с профессором Кнунянцем обязательно. Насколько мне известно не все эфиры взрывоопасны, например, трибутилфосфат — сложный эфир фосфорной кислоты. Кнунянц недавно консультировал производственников по его выпуску. Обратитесь к профессору от меня, он вам в два счета технологию очистки набросает.

— Спасибо, Алексей Сергеевич, не перестаю удивляться, вы как...

— Ходячая энциклопедия? Есть такое дело, давно живу.

Курчатов останавливается и удивлённо смотрит на меня.

— Шучу.

'Хотя, честно говоря, я только сейчас и начал жить по-настоящему... А во второй раз спасибо мне скажете, когда придёт время плутоний из облучённых урановых стержней выделять. Трибутилфосфат — основа 'пьюрекс-процесса''.

— Ну если у нас сегодня, Алексей Сергеевич, вечер вопросов и ответов,— Курчатов не улыбается,— то, может быть, подскажете что нам делать с 'горячим процессом'?

— А что с ним не так?

— Слиток не получается. Вместо него выходит смесь уранового порошка с оксидом кальция. Эту смесь мы травим кислотой и на выходе получаем урановый порошок паршивого качества с включениями оксидов.