Конструкция урановой бомбы поэтому сравнительно проста: нужно мгновенно с помощью взрывной волны соединить две или три подкритические массы урана-235, создав одну критическую или суперкритическую, обеспечив в ее центре наличие источника нейтронов - инициатора. Расчеты показывали, что критическая масса урана равна примерно 25–40 килограммам и для выделения этого количества изотопа урана-235 путем газодиффузии фтористых соединений урана, с учетом возможных потерь газов в очень сложной и многоступенчатой системе, необходимо иметь несколько тонн чистого природного урана.
Критическая масса плутония намного ниже. Однако получение плутония является конечным результатом технологически очень сложного и длительного процесса регулируемой реакции распада урана-235 в особых реакторах. Выделяемые при распаде ядер урана-235 нейтроны, "внедряясь" в ядра урана-238, образуют, через промежуточную реакцию появления нептуния-239, ядра плутония-239 с примесью плутония-240. Для промышленного реактора с использованием графита как замедлителя нейтронов требовалось как минимум около 150 тонн природного урана.
Тем не менее Курчатов решил начать атомную программу в СССР с создания плутониевой, а не урановой бомбы. Это казалось более экономным именно в условиях дефицита урана. Выгружаемый из реактора "выгоревший" уран после выделения плутония снижает содержание урана-235 лишь очень незначительно, с 0,71 до 0,69 %. Поэтому и такой регенерированный на радиохимическом заводе уран все еще пригоден как сырье для получения урановых бомб. Завод, который строился уже в Верх-Нейвинске в Свердловской области для получения "бомбового" урана-235, должен был работать на регенерированном, а не на природном уране. Регенерированный уран содержит, однако, много радиоактивных примесей, и это делало работу с ним опаснее, чем операции с природным ураном.
Оба атомных центра, в Верх-Нейвинске (Свердловск-44) и возле Кыштыма (Челябинск-40), начали строить на основании подписанного Сталиным Постановления Совнаркома от 23 марта 1946 года. Хотя инициативы многих решений могли исходить от Курчатова, Ванникова, Берии или других начальников атомной индустрии, была принята практика подписания всех окончательных решений лично Сталиным. Это обеспечивало возможность привлечения к реализации решений многих других министерств и ведомств. Атомные стройки имели тогда в СССР абсолютный приоритет, и это подчеркивалось подписями Сталина даже под казавшимися тривиальными решениями.
Челябинск-40 начал строиться задолго до того, как было накоплено необходимое для его работы количество урана. В промышленной зоне этого центра нужно было построить в подземном варианте реактор мощностью в 100 тысяч киловатт, большой радиохимический завод по выделению плутония и регенерации урана, завод по получению металлического плутония в подкритических полусферах, хранилища отходов с высокой и средней радиоактивностью и множество других вспомогательных производств. Примерно в 10 километрах от промышленной зоны проектировалось построить жилой поселок, рассчитанный в то время на 25–30 тысяч жителей, тепловую электростанцию и другие объекты. Лагеря для заключенных и казармы для военных строителей проектировались почти рядом с промышленной зоной. Заключенные и военные строители вместе с охранно-конвойными войсками МВД прибывали в этот район первыми. В системе МВД Челябинск-40 имел кодовое название "Строительство № 859", а реактор и радиохимический завод, строившиеся одновременно, обозначались как "Комбинат № 817".
Ближайшие резервы заключенных и спецпереселенцев находились в промышленных районах Челябинска. Именно отсюда по распоряжению Берии были переведены в район Кыштыма первые 10 тысяч заключенных в июле 1946 года.
В октябре 1946 года лагерь заключенных Челябинска-40 получил собственный статус. К концу 1947 года в нем находилось уже 20 376 заключенных, которыми командовал генерал инженерной службы МВД М. М. Царевский. В 1948 году, в связи с ускорением строительных работ, общее число строителей, заключенных и солдат военно-строительных полков МВД достигло 45 тысяч человек. Начальник лагеря, разделенного на одиннадцать отделений-лагпунктов, Царевский был одновременно назначен и начальником всего строительства промышленного комплекса.
Принципиальной разницы между заключенными и военными строителями не было. И те и другие управлялись из одного главка МВД - Главпромстроя. Оба контингента формировались в основном из числа бывших советских военнопленных и репатриантов-остарбайтеров, имевших опыт горных и строительных работ в германском плену. Один из участников строительства комбината № 817, Анатолий Вышемирский, свидетельствовал через 40 лет: "Я служил в армии в г. Свердловске в учебном танковом полку… В 1946 году из числа курсантов был сформирован батальон и отправлен под город Кыштым Челябинской области. В основном это были те, кто во время войны находились на оккупированной территории. Были среди них и участники войны. Если сказать точнее, то все мы были люди, так сказать, второго сорта, потому что на нас лежало несмываемое пятно немецкой оккупации… Под Кыштымом, куда мы прибыли, уже находились прибывшие ранее военно-строительные батальоны из бывших военнопленных, которых не распустили по домам после освобождения из плена. Многие из них были уже немолодые, были участники боев на Хасане, Халхин-Голе, финской кампании и даже Гражданской войны. Всех их роднило одно - они прошли все круги фашистского ада. В этом и была вся их вина… было там много и заключенных… Но и наши условия мало чем отличались от лагерных. Да мы и были все как в одном большом лагере".
Эту же картину подтверждает и другой свидетель, Анатолий Семенович Осипов из Калининской области: "13 мая 1946 года нашу воинскую часть (346 ОПАБ) расформировали, а нас, молодых, 1925–1926 годов рождения, отправили эшелоном на Урал на станцию Кыштым… Там сформировали роты и батальоны из многих эшелонов. Все воинские части были зашифрованы. Наш полк получил наименование В/часть 05/08… Мы, воины-строители, были первыми, кто начал рыть огромный котлован под "объект № 1", под здание неизвестного тогда сооружения. А потом это здание и начинку внутри его строили заключенные… Солдат-фронтовиков, но бывших в плену, сразу рассортировали по признаку: кем, какими войсками был освобожден. Было 4 категории: освобожденные американцами, англичанами, советскими войсками и не бывшие в оккупации. Самыми неблагонадежными считались американцы, потом англичане, потом русские и, наконец, "чистые". Соответственно, и условия в казармах, и питание, и одежда".
Свидетельства заключенных, которые работали на объекте в этот же период, рисуют сходную картину. Цитирую свидетельство И. П. Самохвалова из Коми АССР: "Жил и учился я в г. Челябинске. Из 8-го класса меня арестовали, мне не было еще 16 лет. Судили по ст. 58, п. 10, и дали 5 лет, так наказали за антисоветизм.
Вначале привезли в "колонию смерти" в г. Карабаш. В конце 1946-го нас привезли в зону Кыштыма… Я попал в лагучасток № 9 на рабочей зоне, где строились объекты А, Б и Ц… Строили корпуса, а в них ставили огромные круглые емкости… Там я и освободился, ну а в сентябре 1949 года нас начали, освободившихся, увольнять, семейных и холостяков в телячие вагоны, оборудованные прожекторами и конвоем, и стали отправлять на этапы… Привезли в порт Находка, там посадили весь эшелон на пароход "Советская Латвия" и через Охотское в Магадан… Нас распределили по приискам. Я попал км 600 от Сусумана на прииск "Желанный"…"
Другие лагеря атомного ГУЛАГа также формировались в основном в 1946 году. При КБ-11, занявшем территорию вокруг поселка и монастыря в Сарове (местное население было выселено еще во время войны, когда здесь был завод по производству ракетных снарядов для "Катюш"), первый лагерь заключенных был создан в мае 1946 года. Заключенных отбирали из близрасположенных мордовских лагерей. Здесь строился атомград, известный впоследствии как Арзамас-16, наиболее засекреченный. К концу 1947 года число заключенных в этом лагере превысило 10 тысяч человек.
Верх-Нейвинский атомград (Свердловск-44), строившийся с 1946 года, начал промышленное разделение изотопов урана-235 и 238 лишь после успешного испытания первой советской атомной бомбы в августе 1949 года. К этому времени здесь был создан лагерь на 10 тысяч заключенных. В период активной работы предприятий этого центра в 1950–1951 годах число заключенных превысило 18 тысяч человек.
Жертвоприношения
Любой реактор имеет высокую вытяжную трубу для удаления в атмосферу газообразных продуктов ядерного деления. Некоторые из них, такие, как йод-131, удается частично задерживать фильтрами. Но инертные радиоактивные газы криптон-85 и ксенон-133 невозможно фиксировать никакими адсорбентами и до настоящего времени именно потому, что они инертные. Через высокие вентиляционные трубы они просто рассеиваются на большие расстояния и благодаря коротким периодам полураспада не накапливаются в атмосфере.
В Челябинске-40 самую высокую вытяжную трубу, высотой в 151 метр, построили для вентиляции радиохимического завода - через нее в атмосферу выбрасывались аэрозоли и пыль множества других, долгоживущих радионуклидов, включая уран и плутоний. Из этой трубы почти всегда шел желтый от азотной кислоты дым, в которой на первой стадии процесса растворялись выгружаемые из реактора выгоревшие урановые блоки. От этого желтого дыма гибли деревья на много километров вокруг промышленной зоны. На строительстве этой самой высокой тогда в СССР трубы, имевшей диаметр у основания 11 метров и 6 метров наверху, использовали только труд заключенных. Уже цитировавшийся выше участник строительства А. С. Осипов объясняет почему: "Туда посылали только "смертников", у кого сроки были по десять-пятнадцать лет. Почему "смертники"? Никакой страховки. Амплитуда качания трубы 2–3 метра, и случались срывы оттуда, разбивавшиеся насмерть были каждый день".
Но главные опасности на всех объектах Челябинска-40 были связаны с радиацией. Вредное воздействие радиации в то время сильно недооценивалось, о ее генетическом и канцерогенном действии почти ничего не знали. Долгосрочный эффект радиации также не был известен. Не были известны и симптомы так называемой лучевой болезни. В первые месяцы работы промышленного реактора и радиохимического завода дозиметрический контроль работ практически отсутствовал. "…Никто не знал, какое облучение приняли рабочие и инженеры…" В последующие годы стали применять фотопленочные дозиметры - доза облучения фиксировалась по степени почернения фотопленки. Точность таких дозиметров была невысока, и определение дозы проводилось постфактум, в конце рабочего дня или даже раз в неделю. Фиксировалось только жесткое внешнее гамма-облучение. Респираторы-"лепестки" для защиты легких от радиоактивной пыли появились лишь в 1952 году. Специальное Положение о контроле состояния здоровья работников комбината было введено лишь в 1949 году, после нескольких случаев летального исхода. Еще в 1951 году средние дозы работников радиохимического завода находились на уровне 113 бэр в год (бэр - это биологический эквивалент рентгена). Это в 30 раз выше современных предельно допустимых доз.
Переоблучениям подвергались все: и заключенные, и штатные работники, и крупные начальники. По свидетельству одного из первых врачей комбината, А. К. Гуськовой, в музее Челябинска-40 хранится фотопленочная кассета И. В. Курчатова "с дозой одноразового облучения 42 р". Доза в 100 рентген уже может послужить причиной лучевой болезни.
Загрязненность всей территории вокруг радиохимического комбината была столь высока, что все, даже земляные работы в этой зоне были опасными. По свидетельству Гуськовой, "в 1951 году нам вместе с Г. Д. Байсоголовым довелось лечить в лагерном бараке 13 облучившихся заключенных, в том числе трех с тяжелыми проявлениями острой лучевой болезни, у одного завершившейся смертельным исходом. Эти люди пострадали при прокладке траншеи возле здания радиохимического завода. Основным действующим фактором было внешнее гамма-бета-излучение от загрязненной нуклидами почвы".
В период пуска и первых недель работы реактора было множество небольших аварий и проблем, устранение которых заведомо означало получение смертельных доз облучения. Очень большое число случаев переоблучения персонала происходило и на радиохимическом заводе по выделению плутония. По официальным данным, "за период становления производства плутония на комбинате профессиональное лучевое заболевание диагностировано у 2 089 работников". Немалое число случаев переоблучения работников этого комбината конкретизируется по их причинам в недавней статье Владислава Ларина. Однако какая-либо статистика относительно радиационных проблем не у штатного персонала, а у заключенных и военных строителей отсутствует. Заключенные не получали индивидуальных дозиметров, и нормативного контроля за суммарными дозами облучения в этом случае просто не было. Также не было дозиметрического контроля среди жителей деревень вдоль реки Теча, в которую сбрасывались жидкие отходы радиохимического производства. Население за пределами огороженной промышленной зоны Челябинска-40 не имело представления о характере его деятельности. Лишь после начала массовых заболеваний лучевой болезнью жителей близлежащих деревень эта проблема обратила на себя внимание. Как констатируют недавние официальные отчеты, "из-за загрязнения реки Теча и прибрежной территории радиационному воздействию подверглись 124 тысячи человек, проживающих в пойме реки на территории Челябинской и Курганской областей. Большие дозы облучения (до 170 бэр) получили 28 тысяч человек. Зарегистрировано 935 случаев заболеваний лучевой болезнью. Отселено около 8 тысяч жителей из 21 населенного пункта".
Это отселение производилось, однако, только в 1955 году. Сверхсекретность объекта, считавшаяся приоритетом в 1948–1953 годах, вела к тому, что все эти десятки тысяч жителей деревень в пойме реки Теча продолжали использовать речную воду для бытовых целей: питья, скота, полива огородов и т. п. Здоровье местного населения приносилось в жертву секретности.
Ликвидаторы первой катастрофы
Первая особенно серьезная авария произошла в Челябинске-40 в январе 1949 года. Это была авария, которая развилась в радиационную катастрофу только в результате решений руководства атомным проектом СССР. Характер этой катастрофы и ее причины оставались засекреченными до 1995 года, но число жертв остается неизвестным и до настоящего времени. Не исключено, что среди ликвидаторов этой аварии жертв было больше, чем среди ликвидаторов чернобыльской аварии.
Первый промышленный реактор, в который было загружено около 150 тонн урана, был введен в "критическое" состояние 8 июня и доведен до проектной мощности в 100 тысяч киловатт 22 июня 1948 года. Реакторы, предназначенные для наработки плутония, проще по конструкции, чем реакторы следующего поколения, создававшиеся для выработки электроэнергии. В энергетических реакторах необходима генерация пара под высоким давлением. В военных реакторах вода нужна лишь для охлаждения урановых блоков. Небольшие цилиндрические урановые блоки, диаметром в 37 мм и высотой 102,5 мм, были покрыты тонкой алюминиевой оболочкой. Они закладывались и алюминиевые трубы-каналы с внутренним диаметром несколько больше 40 мм и высотой около 10 метров. Эти алюминиевые трубы в свою очередь устанавливались в графитовой кладке. Графит служил материалом для замедления нейтронов цепной реакции и выполнял эти функции только в сухом состоянии. Цепная реакция распада урана-235 начиналась при закладке в реактор около 150 тонн природного урана. Перегрев урановых блоков от цепной реакции распада и от накапливающихся в них радионуклидов предотвращался водой, которая циркулировала внутри алюминиевых труб. Таких труб-каналов в первом реакторе было 1 124, и в них было загружено около 40 тысяч урановых блоков. В процессе цепной реакции распада урана-235 замедляемые графитом нейтроны генерируют плутоний-239 из урана-238. В зависимости от режима работы реактора процесс накопления плутония может идти дольше года. По конструкции реактора его "разгрузка" производилась путем выпадения урановых блоков из труб-каналов в находившийся под реактором водоем. После выдержки в воде для распада коротко-живущих нуклидов блоки перевозились на радиохимический завод.
Поведение металлов, в частности алюминия, в условиях высоких температур и мощных нейтронных облучений не было в то время изучено в долгосрочных экспериментах. Поэтому достаточно неожиданным оказалось "намокание" графита из подтекавших алюминиевых труб. В условиях мощного облучения и в постоянном контакте с водой и графитом при повышенной температуре алюминий подвергался сильной коррозии. Через пять месяцев эксплуатации реактора стало очевидным, что работу на нем продолжать нельзя. Это была не локальная, а общая авария. 20 января 1949 года реактор был остановлен. Информация об этом была доведена до Сталина.