Рожденный жизнью. Уран: от атома до месторождения

Но не все благополучно в то время обстояло в Европе. В середине XVII века несколько протестантских семей из-за религиозных преследований покинули родную Богемию и обосновались на немецкой стороне Рудных гор, основав новое поселение, которое назвали в честь своего курфюрста Йоханна-Георга II – Йоханнгеоргенштадт. Новый поселок, по сути, не отличался от множества рядом расположенных шахтерских городков: здесь так же первым делом была организована пивоварня и начал работать шинок, и только потом руки у горожан дошли до сооружения ратуши и церкви. Как и любой шахтерский городок того времени, его окружали наспех вырытые искателями счастья неглубокие норы; те из них, которые оказывались рудными, превращались в шахты. Ландшафт украшали протяженные сточные канавы, мутные от шлаков, и высокие, местами дымящиеся отвалы; повсюду разносился запах серы. В лучшие времена вокруг города работало 180 (!) рудников, где добывалось серебро. Среди серебряных руд время от времени встречался странный иссиня-черный минерал, напоминающий жирным блеском смолу. Его увесистые куски легко ломались на части, похожие по форме на почки или ракушки. Минерал был настолько тяжел, что не вызывало сомнений – он содержит большое количество ценного металла. Но сколько ни пытались горняки извлечь из рудной массы что-нибудь полезное, все без толку – ни плавильный тигель, ни ртуть, ни кислота не могли с ним справиться. В конце концов, рудокопы перестали обращать на него внимание и стали считать его пустой породой, выбрасывая в отвалы. За жирный смоляной блеск и пустые надежды, минерал получил название «смоляная обманка» – Pechblende, от немецких слов pech – смола и blende – обманывать, ослеплять.

К концу XVIII века основные шахты в окру?ге истощились, и Йоханнгеоргенштадт начал приходить в упадок. О фартовых временах напоминали только названия заброшенных серебряных приисков: «Благословенье», «Нежданное счастье», «Божья милость». Правда, время от времени сюда наведывались господа с утонченным вкусом, желающие приобрести необычные минералы для своих коллекций. Как-то проездом с курортного Карлсбада (до которого всего 25 километров) здесь побывал тайный советник Гёте из Веймара и приобрел красивый образец руды.

Вот и берлинский естествоиспытатель Мартин Генрих Клапрот отобрал в заброшенной шахте Йоханнгеоргенштадта для изучения образцы смоляной обманки. Чутье не подвело исследователя – в этом минерале ему удалось выделить новый химический элемент. Незадолго до его опытов астрономы расширили границы Солнечной системы: впервые со времен античности была открыта новая планета, получившая название по имени греческого бога неба Урана. Вспомнив традиции астрологов, когда каждой планете соответствовал свой металл, Клапрот предложил назвать новый элемент в честь недавно открытой планеты ураном, а минерал смоляная обманка получил название-аналог – урановая смолка.

Клапрот же нашел и применение урану – оказалось, его окислы способны окрашивать стекло в красивый ярко-желтый и зеленый цвета, кроме того, окрашенное стекло обладало флюоресценцией. В результате, часть урановой смолки, которая раньше шла в отбросы, стала приобретаться стеклодувами. Знаменитое богемское стекло окрасилось новыми красками, это помогло чешским мастерам добиться общеевропейского доминирования и практически вытеснить с рынка конкурентов-венецианцев, торгующих муранским стеклом.

Пятьдесят лет уран Клапрота числился металлом, и только в 1841 г. француз Эжен Пелиго доказал, что, несмотря на характерный металлический блеск, это не элемент, а его окисел – UO

. Пелиго удалось получить чистый уран – тяжелый металл серо-стального цвета.

Исследование нового металла продвигалось неторопливо. Через сто лет после открытия Клапрота было обнаружено, что соединения урана способны засвечивать фотоматериалы через светонепроницаемую черную бумагу, а таинственные, невидимые, исходящие от него лучи делают окружающий воздух электропроводным.

В самом начале ХХ века смоляная обманка преподнесла еще ряд сюрпризов: Мария Кюри столкнулась со странным обстоятельством: излучение урановой смолки во много раз превосходило излучение чистого урана. Объяснение могло быть только одно – обманка содержит еще какой-то неизвестный элемент. И он был открыт, да не один, а сразу три: полоний, актиний и радий. При этом радий, даже не чистый, а в составе выделенных твердых солей, излучал в миллионы раз сильнее, чем уран!

Вскоре выяснилось: таинственные радиоактивные лучи способны не только засвечивать фотопластинки. Примеси радия при взаимодействии с сульфидами цинка и меди дают состав, который светится в темноте зеленым светом. В моду вошли часы со светящимися стрелками, этой магической субстанцией покрывались стрелки компасов и военных приборов. Выпуском чудо-краски под названием «Undark» («Не темно») занялась американская корпорация «US Radium» («Американский Радий»).

Радий представлялся обывателю чудесным эликсиром, способным продлить молодость. Врачи рекомендовали его как лечебное средство едва ли не против всех болезней, от простуды до рака. У медиков появился интерес к урановым рудникам Йоханнгеоргенштадта и Йоахимсталя. По их наблюдениям, шахтеры там якобы никогда не страдают ревматизмом, подагрой и невралгиями! Эскулапы связывали это с выделяемым в урановых шахтах радиоактивным газом – радоном, которым дышат горняки. В это же время было установлено, что не только воздух, но и шахтные воды рудников радиоактивны.

Предприимчивый булочник Кун из Йоханнгеоргенштадта (история, как видим, сохранила его фамилию) наладил доставку радиоактивной воды из шахт себе домой и сделал на этом приличный гешефт. Чудо-воду он начал разливать в бутылки, а рядом с пекарней установил кабинки с ваннами, где предлагал ревматическим больным исцеляющие процедуры. Идею подхватили профессиональные доктора и создали модную водолечебницу в Йоахимстале (которая, кстати, действует до сих пор). И местные кулинары тоже не отставали: в пансионатах и отелях новомодных курортов к столу подавали свежий хлеб, выпечку и даже пиво на радиоактивной воде.

Радиотерапия пошла в массы. В аптеках появились кожаные мешочки, с расфасованной смоляной обманкой, где содержание окиси урана достигало 43%. Если носить такой мешочек на теле, препарат своим излучением якобы излечивал ревматические заболевания. Австрийская фабрика радия «Нойленгбах» наладила продажу радиоактивных грязей в пятикилограммовых мешках для домашних ванн с обещанием: «При длительном применении – поразительно стойкий эффект».

Французская косметическая фирма «Tho-Radia» («Торий и Радий») начала выпуск «лучистого» туалетного мыла, губной помады и омолаживающих лосьонов, молочка для лица, кремов для кожи, пудры. Девушкам обещали, что их лица будут сиять от счастья, благодаря радию и торию.

И сильный пол не был забыт – компания из Денвера выбросила на рынок радиоактивные таблетки для борьбы с «мужской слабостью»: «Принимайте радий в таблетках перед едой 3 раза в день – и все будет o’key!»

Коммерция резко подняла цену на этот металл. Максимального значения она достигла в 1906 году и составила 175 тысяч долларов за грамм! За один грамм. Тогдашних долларов. Насколько это много? Нагляднее определить цену радия не через ассигнации, а через другой металл. В 1906 году тройская унция золота (31,103 грамма) стоила 20,67 доллара. То есть 1 грамм золота стоил 66 центов с хвостиком. Получается, 1 грамм радия стоил столько же, сколько примерно 265 килограммов золота! Радий стал самым дорогим веществом на планете – началась радиевая лихорадка.

Радий относится к рассеянным элементам и не образует собственных минералов – он в виде изоморфных примесей входит в состав урановых соединений, а потому в одночасье возрос интерес к урановым рудам.

Первый радиевый завод был построен под Парижем в 1904 году, урановая руда для которого поступала в основном из месторождений Рудных гор. Но вскоре австрийское правительство наложило эмбарго на вывоз руды из Йоахимсталя (который к тому времени оказался в составе Австро-Венгрии) и построило собственный завод по извлечению радия.

Его огромная цена стимулировала поиск урановых руд и добычу на всех континентах. В переработку были вовлечены ванадиевые урансодержащие руды месторождений плато Колорадо (США). До поры из этой руды добывался только ванадий, а уран выбрасывался как ненужный балласт. Открытие радия все изменило – отныне уран стал главным компонентом руды. Предприимчивые американцы живо наладили добычу радия и к 1913 году уже обеспечивали почти половину мировой поставки этого металла, а к началу 20-х годов – все 80%, но вскоре американские бизнесмены прогорели. В 1914 году в Африке (Бельгийское Конго, провинция Катанга) было открыто месторождение урана Шинколобве с богатейшими рудами, содержавшими до 50—60% оксида урана. Если для получения 1 грамма радия в США надо было переработать 300—400 тонн руды с низким содержанием урана, то африканской руды требовалось менее 10 тонн. Рентабельность добычи уран-ванадиевых руд плато Колорадо окончательно была добита открытием богатых месторождений ванадия в Перу.

Бельгия, построившая свой завод, благодаря африканским рудам, быстро стала монополистом на рынке радия, давая 95% всей мировой продукции, но в 30-х годах их потеснили канадцы, открыв месторождение богатых руд Порт-Радий. Металл, производимый в Канаде, оказался даже дешевле бельгийского. В 1939 году канадцы и бельгийцы поделили мировой рынок, заключив соглашение об объеме производства.

Проводились работы по поиску урановых руд и в нашей стране.

В самом начале ХХ века в Русском Туркестане было открыто Тюя-Муюнское уранованадиевое месторождение, которое с 1907 по 1913 годы эксплуатировалось частным «Ферганским акционерным обществом для добычи редких металлов». Руда вывозилась на переработку в Петербург. С началом Первой мировой добыча и переработка прекратились, а 655 тонн руды «зависло» на складах «Ферганского акционерного общества».

В марте 1918 года руда была объявлена государственным достоянием и в связи с угрозой вторжения немецких войск в Петроград вывезена на Урал, несмотря на то, что германская сторона настойчиво предлагала передать ей «в счет платежей по Брестскому договору радиоактивные остатки и месторождения радиевых руд»[3 - ЦГАНХ СССР, Ф 3106, д. 101. Цит. по: Зенченко В. П. Мифы и факты об уране. Краснокаменск-Иркутск: Сосновгеология, 2002. – 397 с.]. Неподалеку от Перми был организован Пробный радиевый завод, который в суматохе гражданской войны попал в руки Колчака со всем радием. Но, в отличие от золотого запаса, радий «Верховного правителя России» не заинтересовал.

С 1927 года началась добыча радиоактивных элементов и на другом среднеазиатском месторождении – Табошар.

Руды наших месторождений были крайне бедные – с содержанием U

O

около 0,5%, соответственно и перелопатить рудной массы для получения радия приходилось неизмеримо больше, чем из месторождений Африки или Канады.

Общее количество добытого радия увеличивалось быстрыми темпами. Если к 1916 году во всем мире было получено 48 граммов радия, то через 10 лет его уже было 340 г. Затоваривание рынка привело к быстрому снижению цены. И радиевая лихорадка сошла на нет.

К 1940 г. мировой фонд радия составил 1000 г. В настоящее время радия накоплено около 3 кг, и его запасы практически не расходуются. Сейчас добыча радия прекращена, более того, при переработке урановых руд радий считается вредным побочным продуктом, требующим безопасного захоронения.

В конце тридцатых годов набирающая мощь Германия стала выдвигать территориальные требования к европейским соседям. 7 марта 1936 г., не встретив сопротивления, немцы вошли в Рейнскую демилитаризованную зону. 12 марта 1938 г. произошел аншлюс Австрии. 30 сентября 1938 года «партнеры» в лице Англии, Франции, Италии и Германии подписали Мюнхенское соглашение, согласно которому к Германии отходила Судетская область Чехословакии. На следующий день после того, как англичане и французы предали чехов, Гитлер соблаговолил подписать декларацию о взаимном ненападении между Германией и Великобританией, а несколько позже – с Францией.

Обычно историки обращают внимание на тот факт, что с приобретением Судет увеличилось население Германии, возросла ее экономическая мощь и так далее. Но немцы приобрели нечто бо?льшее, чем население и военные заводы: на северных (немецких) склонах Рудных гор было известно только одно небольшое месторождение, где в мизерных количествах добывался уран – Йоханнгеоргенштадт. Основная добыча (к 1938 году – до 20 тонн урановой руды) осуществлялась на чешских склонах – из месторождений Йоахимсталя, который к тому времени был переименован на чешский лад в Яхимов. Получив Судеты, немцы стали монополистами европейского урана.

А спустя три месяца в открытой печати появилось сообщение немецких физиков об открытии явления ядерного деления: атом урана способен делиться с выделением огромного количества энергии. В одночасье этот металл превратился в стратегический, из которого (пока, правда, в перспективе) можно изготавливать заряды чудовищной разрушительной силы. Это было случайное совпадение, или нацисты «попридержали» публикацию и загодя приобрели урановорудную базу? В удачные совпадения в политике верится с трудом, так что вопрос открыт.

Между тем гонка за обладание ядерным оружием началась. Считается, что первыми к финишу пришли американцы, сконструировав атомную бомбу и испытав ее на мирных жителях Хиросимы и Нагасаки.

Конечно же, именно американские ученые создали это чудо-оружие, это всем известно от… американцев. Однако в последние годы стали появляться публикации, основанные на рассекреченных документах сороковых годов, доказывающие, что первыми сделали (и, возможно, даже испытали) атомное оружие все-таки немцы. Более того, достаточно убедительно показывается, что американцы сбросили на Японию трофейные атомные бомбы, сделанные немецкими инженерами, и совсем не в рамках Манхэттенского проекта. Интересующихся отсылаем к соответствующей литературе[4 - Например: Фаррелл Дж. Черное солнце Третьего рейха. Битва за «оружие возмездия». – М.: Эксмо, 2008; Кук Н. Охота за точкой «zero». – М.: Яуза; Эксмо, 2005; Robert K. Wilcox. Japan’s Secret War: Japan’s Race against Time to Build its Own Atomic Bomb. William Morrow amp; Company, 1985 и многочисленные публикации в интернете.]. Так это или нет, вопрос, конечно, интересный, но он уводит в сторону от урановой темы. Нас интересует не собственно бомба, а уран для ее изготовления.

Но прежде, еще один пассаж.

После опубликования в открытой печати сообщения немецких ученых Отто Гана и Фрица Штрассмана о делении уранового ядра, материалы, связанные с ураном, стали подвергаться цензуре и засекречиваться по всему миру. Наша неторопливая бюрократическая машина наложила гриф секретности на все исследования, связанные с ураном, только весной 1941 года. Потом была война. А после победы в своем хозяйстве решил навести порядок заместитель наркома боеприпасов В. А. Махнёв, который распорядился прислать ему из Бюро изобретений НКО СССР все заявки на изобретения и отзывы на них, так или иначе связанные с атомной тематикой. Среди них оказалась и заявка на изобретение В. А. Маслова и В. С. Шпинеля «Об использовании урана в качестве взрывчатого и отравляющего вещества», датированная 17 октября 1940 года[5 - Заявка на изобретение В. А. Маслова и В. С. Шпинеля «Об использовании урана в качестве взрывчатого и отравляющего вещества» // Атомный проект СССР: документы и материалы. Т. 1. 1938—1945. Ч. 1. М.: Наука; Физматлит, 1998. С. 193—196.]. Документ настолько точно описывает схему ядерного заряда, испытанного американцами в Японии в 1945 году, сам ядерный взрыв и его последствия, что это невольно вызывает удивление и одновременно возникает крамольный вопрос: кто у кого украл секрет создания атомной бомбы? Несомненно, Курчатов пользовался материалами разведки, но не дремала также разведка немцев и наших союзников. Так что кому принадлежит приоритет в конструировании ядерного заряда – вопрос еще тот. Но самое забавное в этой ситуации – на заявку шлепнули печать «Секретно» от 15 декабря 1945 года и опять положили под сукно, и это в разгар работ И. В. Курчатова! Отлично сработали наши чиновники и в 1940, и в 1945 году!

Но вернемся к урану. Были ли немцы обеспечены сырьем для создания атомной бомбы? Однозначно, да. Присоединив Судетскую область, они завладели практически всеми действующими урановыми рудниками Европы. Справедливости ради надо отметить, эти месторождения были разработаны довольно слабо, наиболее освоенным было Яхимовское, но и там для получения промышленных количеств руды нужны были значительные капитальные вложения для увеличения добычи.

Но проводить масштабные работы по добыче урана из европейских месторождений немцам даже не пришлось. Весной 1940 года, начав военную кампанию на Западном фронте, войска вермахта захватили Бельгию. В ходе молниеносного удара немцы завладели 1200 тоннами богатой урановой руды, доставленной из Африки на склады радиевого завода в Оолене, недалеко от Антверпена всего пару месяцев назад. В то время это была половина всего добытого урана в мире! Так что сырья для экспериментов и изготовления атомной бомбы у немецких физиков было в избытке. Об этом говорит и такой факт. В 1943 году, когда Германия начала испытывать острый дефицит вольфрама, использовавшегося в качестве сердечника в бронебойных снарядах, вольфрам стали заменять… ураном. Так что боеприпасы с сердечником из урана – изобретение еще 40-х годов, сделанное немцами не от хорошей жизни[6 - США применили боеприпасы с ураном пятьдесят лет спустя во время войны против Ирака (1991 г.) и Югославии (1999 г.).].

После того, как Германия приобрела Судеты и буквально на следующий день прекратила поставки урана из Яхимовских рудников, европейцы заподозрили неладное, а уж когда появилось сообщение Отто Гана и Фрица Штрассмана о делении уранового ядра, стало ясно: немцы активно ведут исследования в области атомной энергии. Но с какой целью?

Наиболее продвинутыми в области изучения атомного ядра в тридцатые годы считались французские ученые. Франция имела отлично оснащенную лабораторию в Коллеж де Франс и государственную поддержку. Немцы на тот момент тоже числились в передовиках, но после того, как к власти пришли нацисты, многие физики-ядерщики из Германии, Италии и Венгрии эмигрировали в Англию и Америку, и самоуверенные европейцы посчитали, что без ученых не арийской крови нацистская Германия не способна на проведение крупномасштабных исследований.

Однако, когда немцы завладели ураном Чехии, затем – Бельгии, захватили Францию и начали боевые действия против англичан, у европейцев снобизма поубавилось, и весной 1940 года британское правительство приступило к финансированию собственного ядерного проекта в тесной кооперации с французами, и в июле того же года британские физики, усиленные пополнением из Франции, сформулировали генеральную идею бомбы.

Оставалось самое сложное: воплотить теорию в изделие, пригодное к применению. Справиться с этим было сложнее. Промышленность Британии не обладала необходимой мощью. Синтезировать идею англичане смогли, присвоив часть интеллектуального труда французов и ученых-эмигрантов других стран Европы. И с сырьем у англичан проблем не возникло – уран, который добывался в Канаде (доминионе Великобритании) для радиевых нужд, был переориентирован на атомный проект, получивший название «Тьюб эллойс» («Tube Alloys»). Но при сооружении производственных систем возникли сбои. Не хватало электроэнергии. Металлургия не располагала технологиями создания сверхпрочных сплавов для работы с химически агрессивными элементами атомного производства. Не существовало аппаратов сверхточной сварки и так далее.

Америка к тому времени вышла из экономического кризиса 30-х годов и обладала мощнейшей индустрией, способной справиться с выпуском изделий любой сложности. Кроме того, Белый дом был способен надавить на партнеров по коалиции, чтобы последние поделились достигнутыми результатами. Что и было изящно проделано Рузвельтом.

В июле 1942 г. для англичан назревала катастрофа в Северной Африке. Немцы подходили к Александрии – оставалось совсем немного, чтобы перекрыть Суэцкий канал и выйти на нефтяные месторождения Ближнего Востока. Черчиллю надо было спасать империю – ему позарез требовалась американская помощь для удара в тыл армии Роммеля со стороны Алжира и Марокко. Рузвельт обещал помочь союзнику, но в обмен предложил перевести работы по «Тьюб эллойс» на американскую землю. Ведь за океаном безопаснее, да и в техническом плане возможностей больше, и, кроме того, сырьевые ресурсы рядом – американцы успели вывезти остававшиеся на складах Конго 1250 тонн урана, да и месторождения Канады и штата Колорадо под боком.

Выхода у лидера трещавшей империи не было, и он вынужден был согласиться. Англичане, «обчистившие» французских коллег с присвоением всех патентов на открытия, сами оказались в положении ограбленных, и к 13 августа 1942 г. все работы по атомному проекту были переведены на территорию США. В этот день родилось и его кодовое наименование «Проект Манхэттен». Англичан и прочих «французов» сразу же отодвинули в сторону. По крайней мере, уже 2 декабря 1942 г. на запуск первого экспериментального реактора англичан не допустили. Спустя годы англичане пытались убедить мир, что именно они были мозгом «Манхэттенского проекта», а американцы выступали только в роли тупой мускульной силы. Тем не менее Англия получила атомное оружие лишь в 1952 году, а Франция – в 1960.

К исходу Второй мировой войны человечество открыло ящик Пандоры, освободив титаническую энергию урана. Согласно греческой мифологии, бог Уран – порождение Хаоса. Мы подошли к черте, когда накопленный на оружейных складах уран способен уничтожить жизнь на планете и опрокинуть ее в Хаос.

Космическая круговерть. Небо в алмазах

Мир распахнулся в центильоны раз.

Соотношенья дико изменились,

Разверзлись бездны звездных Галактей,

И только Богу не хватило места.