Курчатов ЖЗЛ - Раиса Кузнецова

Опыты Б. В. Курчатов начал с получения «индикаторных» количеств нептуния и изучения его химических свойств. Нептуний был выделен из слабо облученных соединений урана. Борис Васильевич подтвердил сходство этого элемента (низшей валентности) с цериевой группой редких земель. Для выделения плутония он значительно увеличил дозу нейтронного облучения. Располагая лишь радий-бериллиевым источником, он около трех месяцев непрерывно облучал колбу с гидратом окиси-закиси урана, поместив ее и источник в бочку с водой. После химической переработки материала в октябре 1944 года был выделен препарат, который оказался альфа-активным. Измерения показали, что он содержит десять атомов плутония. Это были первые «атомные» количества плутония, полученные в СССР, — важнейшее достижение отечественной радиохимии.

К этому времени в литературе был известен только элемент 93. Его достоверно идентифицировали Мак-Миллан и Абельсон в 1940 году. Из него должен был получаться элемент 94, предположительно α-излучатель с очень большим периодом полураспада — больше миллиона лет. Обнаружить его американским ученым тогда не удалось, несмотря на использование мишени элемента 93 с большой исходной активностью. К этой загадке Борис Васильевич возвращался не раз.

Мак-Милланом и Абельсоном были охарактеризованы химические свойства элемента 93. Уже тогда было сделано предположение, что с урана начинается новая группа элементов, аналогичная редкоземельной группе. В 1942 году была опубликована вторая и последняя работа по химии элемента 93. Авторы ее, Ган и Штрассман, показали в журнале «Натурвиссеншафтен» ряд результатов, подтверждающих выводы американцев. Однако в отношении свойств элемента 93 в восстановленном состоянии был получен странный результат, противоречащий американским данным. Других публикаций в открытой печати не было, и это свидетельствовало с большой вероятностью о засекречивании за рубежом всех работ по трансурановым элементам.

Работа Б. В. Курчатова по получению элемента 93 и изучению его химических свойств была закончена вскоре после переезда курчатовцев в 1945 году в Покровское-Стрешнево, в достроенное главное здание на Октябрьском Поле. Накопление элемента 93 велось 83 дня и закончилось 17 октября 1944 года. По средней пробе была определена скорость накопления 93, а следовательно, и 94. Полное количество накопленного 94 выражалось величиной 3,31012 атомов. Эксперименты продолжили, сконцентрировавшись на получении элемента 94. Облучения урана Борис Васильевич с сотрудниками вел с помощью радий-бериллиевого источника нейтронов, содержащего около 200 тс Ra. Физическая аппаратура для изучения β-активности, вывезенная из Ленинграда и Казани, была несовершенна, капризничала и часто ломалась. Уже в первых опытах был опровергнут аномальный результат Гана и Штрассмана и подтверждено сходство свойств элемента 93 в низшей валентности с цериевой группой редких земель. Этот результат позволил Б. В. Курчатову разработать так называемый сульфатный метод очистки элемента 93 — простой и надежный в отличие от «классической» схемы фторидного осаждения. Для начального этапа, когда надо было выделить его из довольно больших количеств облученного урана, Борис Васильевич отработал купферонный метод выделения элемента 93 четырехвалентным ураном, добавлявшимся в небольшом количестве к основному раствору шестивалентного урана, и доложил об этом на семинаре.

Опыты по выделению 94 велись на пяти отдельных порциях (от 0,5 до 2 килограммов урана). Схема переработки варьировалась. И вот из последней, пятой порции весом 2 килограмма урана 15 апреля 1944 года был выделен препарат (KLA(SO4)2 α-активностью 21 ι/m. Необходимо было убедиться еще раз в химической природе нового излучателя. Переменная валентность и аналогия с цериевой группой редких земель были подтверждены. Сделана оценка периода полураспада элемента 94–30 тысяч лет.

Вскоре на одном из заседаний Научно-технического совета по атомной проблеме Б. В. Курчатов доложил о своих результатах. Присутствовавший академик В. Г. Хлопин отнесся к сульфатному способу выделения плутония настороженно: «Вот у Гана и Штрассмана не получилось». Но при проверке в Радиевом институте результаты подтвердились и сульфатный метод получил со стороны Виталия Григорьевича высокую оценку. Позже, в 1956 году, о сульфатном методе выделения нептуния и плутония был представлен совместный доклад Б. В. Курчатовым и сотрудницы Радиевого института В. И. Гребенщиковой на Первую Женевскую конференцию.

Выделение плутония по разработанной схеме стало рутинной задачей и выполнялось лаборантами после ввода в эксплуатацию первого циклотрона Лаборатории № 2, дававшего потоки нейтронов на порядки большие. Появившиеся новые сотрудники продолжали изучать химию плутония и осколков деления уже по проторенному пути, с большим или меньшим успехом добавляя новые схемы. Оглядываясь назад, Борис Васильевич отмечал, что «не все было доведено до конца, но в итоге можно быть довольными результатами работы».

С пуском первого реактора в 1946 году получение первых видимых хотя бы под микроскопом количеств плутония стало реальным. Из облученных килограммовых количеств окислов урана были выделены по новой схеме осадки двойных сульфатов, содержащие от 6,1–17,3 мкг плутония. Г. Н. Яковлев провел на них пять окислительно-восстановительных циклов. Вся работа велась под микроскопом методами ультрамикрохимии.

Одновременно Б. В. Курчатов провел и еще одну важную работу, связанную с созданием графита, чистота которого должна была соответствовать 100 процентам. Возможность создания ядерного реактора из урана и графита предъявляла высокие требования к чистоте этого, пригодного для реактора материала. Борис Васильевич тщательно химически анализировал поступавший в Лабораторию № 2 с электродного завода в Электростали графит с целью обнаружения в нем примесей, поглощавших нейтроны. Он впервые составил технические условия для создания в Советском Союзе промышленного производства чистейшего реакторного графита. Аналогичную задачу — определение примесей в урановых блоках — решал и академик Александр Павлович Виноградов.

Полгода Б. В. Курчатов с супругой работали в Центральной лаборатории завода «Маяк», представлявшей в то время настоящий ареопаг химиков Советского Союза, участвовавших в получении материалов для первой отечественной атомной бомбы. В предпусковой период промышленного плутониевого производства в 1948 году на Урале сотрудники аттестовывались в его секторе и получали допуск на проведение определенной операции.