Речь шла о научной организации, учрежденной по инициативе В. И. Вернадского в начале 30-х годов. Она ставила своей целью определить распространенность урановых минералов и руд.
Нужно было создать целый производственный цикл со многими предприятиями, не зная, что из этого получится и как поведет себя самый тяжелый из всех известных металлов.
После тщательного анализа И. В. Курчатов и его сотрудники остановились на уран-графитовом варианте реактора (уран - топливо, графит - замедлитель нейтронов). Такой вариант требовал большого количества урана и еще большего количества безупречно чистого графита (речь шла о сотнях тонн). И это лишь для одного опытного реактора, создававшегося на площадке Лаборатории № 2, а не для промышленного, который требовал совсем других объемов поставок.
По предварительным расчетам И. В. Курчатова, для осуществления управляемой цепной реакции требовалось около 100 т природного .урана в виде чистого металла или его солей. Наркомат цветной металлургии сообщил, что разведанные запасы урановых руд незначительны. Правительство поручило наркомату принять меры к тому, чтобы в короткий срок добыть на действующих рудниках необходимые ученым 100 т металла. Разработка технологии промышленного получения урана и графита ядерной чистоты началась еще во время Великой Отечественной войны. В создание советской металлургии урана внесли свой вклад многие научные, проектно-технологические и производственные коллективы. Большую инженерную и организаторскую работу провел заместитель наркома цветной металлургии Е. П. Славский.
Необходимо было организовать в больших масштабах разведку урановых месторождений, горные работы на рудниках, а также соорудить установки по обогащению руды. Коммунистическая партия и Советское правительство одобрили соответствующую программу мероприятий, и специалисты приступили к ее выполнению. Еще до окончания войны геологи открыли новые месторождения урановых руд.
В то время в распоряжении экспериментаторов не было ни миллиграмма чистого урана-235 и плутония, а группа физиков и химиков уже начала изыскания с целью определить критические массы делящихся веществ. Начались также поиски способов мгновенного получения критической массы, при которой происходит ядерный взрыв. Эти важные предварительные исследования помогли впоследствии, когда ученые стали располагать необходимыми количествами урана-235 и плутония, создать эффективную конструкцию атомной бомбы.
К тому времени в лаборатории И. В. Курчатова уже действовал циклотрон, на котором был получен первый в Европе плутоний, успешно решались вопросы, связанные с постройкой экспериментального уран-графитового реактора. Несмотря на то что решающий эксперимент, который подтвердил бы осуществимость управляемой цепной реакции, еще не был поставлен, [389 И. В. Курчатов весной 1945 г. дал задание разработать конструкцию промышленного реактора.
Важной проблемой в то время было сооружение опытного реактора из урановых и графитовых блоков. На одном из заводов Наркомата цветной металлургии с помощью физиков и химиков был создан цех для выпуска графитовых блоков сверхвысокой чистоты. Группа ученых во главе с академиком А. П. Виноградовым много сделала для налаживания производства чистого продукта на урановых предприятиях.
Ответственная, нелегкая задача - разработка технологической схемы выделения плутония из облученного урана - была решена рядом институтов.
Первые миллиграммы плутония были получены в Лаборатории № 2 Б. В. Курчатовым - братом И. В. Курчатова, возглавлявшим сектор № 3 Лаборатории № 2, с его сотрудниками. Одновременно над технологией промышленного получения плутония работали в Радиевом институте под руководством академика В. Г. Хлопина.
О многочисленных трудностях этой работы писали академик Б. П. Никольский и кандидат химических наук К. А. Петржак:
"В чем же была трудность этой работы? Прежде всего в том, что первые исследования по химии плутония велись без плутония. Работали с его аналогами - торием и нептунием. Причем нептуний первоначально был в невесовых количествах, определяемых счетчиком по числу распадов в единицу времени. Следовало изучить химические свойства нептуния и перенести полученные результаты на плутоний.
Нептуний и плутоний содержатся в облученных материалах в ничтожных концентрациях. Отделение вновь полученных элементов от больших количеств урана и микроколичеств разнообразных по химическим свойствам продуктов деления требует особых химических приемов. Особенно трудной была необходимость очистки плутония и урана от радиоактивных осколочных элементов . Другая трудность, которую предстояло преодолеть, - гамма-излучение продуктов деления с интенсивностью до сотен тысяч гамма-эквивалентов радия на тонну урана. Опыта работы с излучением такой интенсивности не было. Для безопасности работы потребовалась особая радиационная защита, дистанционное управление и контроль производства".
Доктор химических наук 3. В. Ершова, кандидат химических наук М. Е. Пожарская и член-корреспондент АН СССР В. В. Фомин позже так описывали события тех лет.
Для выяснения свойств нового элемента надо было получить его в иных, значительно больших количествах. Речь шла о десятках микрограммов, а затем миллиграммах и граммах. Это было непростой задачей.
В первую очередь нужны были десятки килограммов различных соединений урана: нитрата уранила, двуокиси, закись-окиси, карбида урана и самого металлического урана. К химической чистоте всех соединений предъявлялись очень высокие требования. О сложности работы можно судить по тому, что ни металлический уран, ни его карбид в СССР никто до этого не получал.
Когда инженер Е. Каменская на лабораторной электродуговой печи Гиредмета начала получать первые порции карбида урана, их передавали лично И. В. Курчатову. Инженеры Н. Солдатова и Е. Каменская поставили опыты, целью которых было получение металлического урана путем восстановления его из тетрафторида.
Рафинирование, т. е. очистку от примесей исходного металла, вели в высокочастотной вакуумной печи.
Чистый слиток весом около 1 кг все:
- -в Советском Союзе удалось получить в конце 1944 г. Первые металлографические исследования урана провела Т. С. Меньшикова.
На первую рафинировку приехала комиссия во главе с М. Г. Первухиным. До поздней ночи все ждали окончания опыта. Он прошел удачно . Задача но исследованию химии и металлургии урана была решена: было доказано, что можно получить все его соединения необходимой чистоты.
Выделенных из облученного в реакторе урана первых микрограммовых порций плутония было недостаточно: только имея весомые количества плутония, можно было проверить технологический процесс, разработанный на микрограммовых количествах. Не освоив как следует этого технологического процесса, нельзя было спроектировать плутониевый завод и его оборудование.
Новый масштаб опытов, сильная радиоактивность потребовали новой техники эксперимента. В одном из научно-исследовательских институтов Москвы была создана опытная полупромышленная установка. Проектировщики снабдили ее системой дистанционного управления и защитой, необходимой для работы с высокорадиоактивными веществами.
В исследованиях, которые проводились на установке, приняли участие сотрудники Радиевого института и Института физической химии. Руководили научным коллективом Б. П. Никитин, 3. В. Ершова и А. Ратнер.
Требования к чистоте делящихся материалов в материалов, поступающих на облучение, были тогда совершенно необычными для химиков и металлургов. Основной была борьба за удаление нейтронных ядов - так называют элементы, активно' поглощающие нейтроны и препятствующие цепной реакции деления. Список химических элементов, считавшихся нейтронными ядами, включал десятки названий. Предельно допустимое содержание нейтронных ядов в делящемся материале ограничивалось десятитысячными и даже стотысячными долями процента.
Определение таких концентраций примесей находилось на границе возможного. Изыскивались новые приемы анализа, сочетавшие в себе уже известные ядерно-физические, спектральные методы и радиохимические способы повышения концентрирования. И невозможное становилось возможным.