Глава 82 - Разделение и обогащение
Для создания атомного заряда требовался уран или плутоний. Изучив геологические отчёты разведки карликовой планеты Лошэнь и планеты Дишэнь, Ли Цинсун решил использовать уран.
Солнечная система зародилась около пяти миллиардов лет назад из гигантского газопылевого облака, возникшего после вспышки сверхновой. Сверхновая — это сильнейший катаклизм в космосе, где в адском пламени рождаются все тяжёлые элементы таблицы Менделеева, начиная от железа и заканчивая ураном и плутонием.
За миллиарды лет эволюции эти тяжёлые элементы хаотично рассеялись по всей системе. Они были на Земле, на Меркурии и Марсе, оказались они и на безымянных ледяных скитальцах на самых далёких окраинах, таких как карликовая планета Лошэнь.
После масштабированной геологоразведки Ли Цинсун действительно наткнулся на урановые руды на Лошэни. И не на одно месторождение, а сразу на четыре.
Вот только…
Ли Цинсун лишь горько ухмыльнулся, разглядывая сводные ведомости:
— Хоть жил и четыре, но до чего же они бедны… В самой богатой содержание урана едва достигает пары граммов на тонну руды.
В памяти всплывали отрывочные факты из прошлого: на Земле даже самые скудные урановые месторождения содержали не менее сотни граммов чистого металла на тонну породы. А здешняя «богатая» жила не тянула даже на земляной отвал.
Впрочем, удивляться не приходилось. Карликовая планета Лошэнь слишком мала, у неё нет горячего ядра, нет тектоники, нет мантийных плюмов и подповерхностных гидротерм. Без этих природных обогатительных механизмов руды обречены оставаться бедными.
Тяжело вздохнув, Ли Цинсун остановил выбор на относительно наиболее перспективной жиле.
В короткие сроки рядом с месторождением вырос гигантский горно-обогатительный комбинат. На площадку прибыли тяжёлые проходческие комбайны. Вскоре с глубины более сотни метров на поверхность потекли первые тонны серой породы.
Руду сначала дробили гигантскими молотами, а затем мелили в тончайшую пыль. Из-за колоссальных объемов породы процесс измельчения требовал монструозного количества оборудования и непрерывного потока электроэнергии. Ли Цинсуну пришлось построить по соседству отдельную тепловую электростанцию, работавшую исключительно на нужды комбината.
Кроме того, поблизости возвели химический завод, дававший концентрированные кислотные растворы.
Измельчённую в пыль руду засыпали в огромные автоклавы и чанами выщелачивали кислотой. На сернокислотное выщелачивание уходили тысячи тонн реагентов, но химический комбинат справлялся с нагрузкой.
После химической экстракции из растворов выпал знаменитый «жёлтый кек» — закись-окись урана.
Разглядывая куски порошкообразного вещества ярко-лимонного цвета, Ли Цинсун невольно улыбнулся: «Раньше видел эту штуку только в документалках, а теперь держу в руках».
Закись-окись уже обладала некоторой радиоактивностью, и хотя фонило не критично, для безопасности клоны работали в тяжелых костюмах радиационной защиты.
Получение «жёлтого кека» было лишь первым шагом на пути к заветному урану-235. Впереди лежала самая сложная часть работы.
Путём дальнейшей фторсодержащей химической обработки жёлтый порошок перевели в газ — гексафторид урана. Именно на этой стадии начинается знаменитый процесс разделения изотопов.
Природный уран состоит из двух основных изотопов: урана-235 и урана-238. Ни реактор АЭС, ни тем более атомная бомба не способны работать на уране-238. Им нужен уран-235. Однако в природной смеси его доля составляет ничтожные 0,8%, тогда как остальные 99,2% приходится на «бесполезный» уран-238.
Как разделить два элемента с абсолютно идентичными химическими свойствами и разницей в массе менее одного процента?
Это важнейшая технологическая загадка, над которой в XX веке бились лучшие умы человечества.
Но Ли Цинсуну не нужно было изобретать велосипед. Пусть он никогда сам не обогащал уран, общие физические принципы были ему прекрасно известны.
Имя этому решению — газовые центрифуги.
Разница в массе между ураном-235 и ураном-238 составляет чуть больше одного процента. В составе газа гексафторида урана эта разница сохраняется.
А раз так — за дело берётся центробежная сила.
Ли Цинсун построил еще одну электростанцию специально под нужды сепарационного завода.
В огромных цехах выстроились ряды из десятков тысяч серебристых цилиндров. Каждый такой каскад состоял из двух слоев: прочного внешнего кожуха и расположенного внутри ротора, вращающегося с невероятной скоростью, подобно барабану бельевой центрифуги.
Гексафторид урана под давлением подавался в первую центрифугу каскада.
Под воздействием бешеного вращения более тяжёлый газ с ураном-238 отбрасывался центробежной силой к внешним стенкам ротора, тогда как более лёгкий гексафторид урана-235 концентрировался в самом центре, ближе к оси вращения.
Но одной ступени было катастрофически мало. Разница в концентрации за один проход составляла доли процента.
Поэтому чуть более лёгкую фракцию из центральной зоны отбирали и под давлением направляли во вторую центрифугу. Вторая повторяла процесс, смещая баланс ещё на йоту, и передавала газ в третью…
С каждой пройденной ступенью концентрация урана-235 подрастала на едва заметную величину.
И таких центрифуг Ли Цинсун смонтировал больше десяти тысяч!
Этот гигантский лес из бешено вращающихся роторов поглощал столько энергии, что заставлял проседать даже энергосеть суперкомпьютерного центра.
Центрифуги разбили на четыре технологические линии, по 2600 ступеней в каждой. И только пройдя последовательно две с половиной тысячи кругов очистки и обогащения, газ достигал нужной кондиции!
На выходе оружейный гексафторид урана восстанавливали до чистого металлического урана.
Но и этого было мало.
Если просто сложить нужную массу урана вместе, запустив естественную цепную реакцию, потребуется полсотни килограммов металла, а сила взрыва окажется смехотворной — большую часть вещества просто разбросает в стороны до того, как оно успеет вступить в реакцию.
Требовалось разработать безупречное имплозивное взрывное устройство.
Конструкция такого заряда невероятно сложна: она требует тысяч сложнейших вычислений — эффективных ядерных сечений, уравнений состояния при экстремальных давлениях, газодинамики имплозии, фокусировки ударных волн и геометрии профилированных взрывчатых линз.
Впрочем, для Ли Цинсуна эти расчеты не стали преодолимым препятствием.
Ведь у него был суперкомпьютер! Причем куда более мощный, чем всё, чем располагало человечество в эпоху первых ядерных испытаний.
Проведя несколько десятков натурных экспериментов с обжатием инертных макетов и получив реальные коэффициенты, суперкомпьютер выдал готовые чертежи меньше чем за сутки.
И вскоре на сборочном столе лежал готовый изделие: огромная, зловеще блестящая металлическим боком бомба длиной более трёх метров и массой в 3,6 тонны.