Борис Горобец

Братья Н.И. и И.И. Гельперины в решении проблемы производства тяжелой воды

Вначале остановимся на общеисторической, физической и инженерной сторонах этой труднейшей научно-производственной проблемы.

Тяжелый стабильный изотоп водорода с массовым числом 2, названный дейтерием, был открыт в 1932 г. Из-за различия в массах в два раза свойства обычного водорода и дейтерия, а также их химических соединений различаются значительно сильнее, чем у изотопов других элементов. Так, при комнатной температуре плотность D₂O на 11% выше, чем Н₂О, а вязкость выше на 25%. Электролитическое разложение тяжелой воды идет в 3─18 раз медленнее, а синтез аммиака (в присутствии ртути) идет, наоборот, примерно в 10 раз быстрее.

Существование дейтерия было предсказано Э. Резерфордом. Он был открыт в 1931 г. в лаборатории американского химика Г. Юри. Его сотрудник Брикведде выпарил 6 л жидкого водорода и получил около 3 см³ остатка, который был подвергнут спектральному анализу. Расположение новых линий в спектре водорода совпадало с предсказанным теоретически. За это открытие Юри был награжден Нобелевской премией по химии (1934).

Выдающийся французский физик-ядерщик Ф. Жолио-Кюри был первым, кто еще в начале 1939 г. проводил опыты с облучением нейтронами природного урана, погруженного в тяжелую воду. Он показал, что в таких условиях ядро урана-235 делится, испуская в среднем 1,05─1,06 вторичных нейтронов. Этот результат имел принципиальное значение: расчеты показали, что, начиная с некоторых концентраций порядка 3─4% ²³⁵U в природном уране, в смеси этих изотопов может развиваться цепная реакция. Были измерены важнейшие ядерные константы ─ сечения захвата и рассеяния тепловых нейтронов ядром дейтерия. Оказалось, что согласно расчетам в реакторе с тяжеловодным замедлителем нейтронов можно использовать примерно в 15 раз меньше урана, чем в реакторе той же мощности с графитом. До конца 1940-х ─ начала 1950-х гг. чрезвычайно важной была любая возможность сэкономить основные ядерные материалы, в особенности, уран, поскольку в СССР его были считанные килограммы. Что же касается урановых руд, то на начало ядерной программы работ были разведаны только два небольших месторождения урана в Средней Азии. И еще одно преимущество: количество тяжелой воды, необходимой для осуществления цепной реакции, в 60 раз меньше, чем сверхчистого графита, что в принципе позволяет конструировать реакторы меньшего размера при той же мощности.

Жолио-Кюри был не только блестящим физиком, ему повезло  и в том, что до войны по его заявке правительство Франции закупило почти все мировые запасы тяжелой воды. Ее практически всю в те годы, начиная с 1934 г., производил методом электролиза единственный в мире завод тяжелой воды, расположенный в Норвегии и принадлежавший фирме «Норск-Гидро». Запас тяжелой воды, попавший во Францию, составлял 180 кг. Ученые, работавшие над ядерной проблемой в Германии под руководством великого физика В.Гейзенберга, также пытались заполучить норвежскую тяжелую воду. После оккупации Норвегии Германия успела доставить к ноябрю 1941 г. 500 кг тяжелой воды. Однако англичане, первые в мире осознавшие возможность создания атомной бомбы, направили в Норвегию диверсионные группы, которые взорвали завод тяжелой воды. Спустя примерно полгода немцы восстановили завод. К началу 1944 г. он произвел для них 15 т. тяжелой воды, однако ее не смогли переправить в Германию (что с ней стало, источник [Создание…, 1995. С. 291] не сообщает).

Первый в мире действующий реактор «природный уран─тяжелая вода» был пущен в 1944 г. в США. Критическая масса урана в нем составила всего 3 т, а масса тяжелой воды 6,5 т при мощности 300 kW. Тем самым были на практике подтверждены расчеты, согласно которым масса урана в этой системе, в пересчете на ту же мощность, примерно в 15 раз меньше по сравнению с уран-графитовым реактором (который был создан в 1942 г. по руководством Э.Ферми в США, в Чикаго). Стоимость тяжелой воды в Америке составляла тогда примерно 8 тысяч долларов за килограмм [АП, Т.1 Ч. 2., 2002. С. 72][1] (это порядка нескольких сотен тысяч нынешних долларов).

В 1941─1944 гг. основным источником информации советских ученых о свойствах и получении тяжелой воды были материалы разведки. И.В. Курчатову было передано 6 материалов по ректификации и 4 по электролизу для получения D₂O. Из анализа всех сведений И.В. Курчатов сделал вывод, что в первую очередь надо строить уран-графитовый реактор с целью наработки плутония. Для создания же и нормальной эксплуатации уран-тяжеловодного реактора должны выполняться столь жесткие требования на изготовление аппаратуры и оборудования, что практически невозможно это осуществить в ближайшие лет пять. Курчатов понимал, что главной опасностью стали бы неизбежные течи воды и коррозия, которые, помимо собственно технологических трудностей, приведут к потере особо драгоценного материала D₂O.

Тем не менее, работы по получению тяжелой воды надо было продолжать. Во-первых, в Спецкомитете было решено, что рискованно опираться на один какой-либо метод (уран-графитовый котел); во-вторых, поскольку в США (1944, 1947) и во Франции  (1948) тяжеловодные реакторы уже были созданы, то, значит; через какое-то время технологические трудности изготовления и эксплуатации смогут преодолеть и у нас; в третьих, потенциальные преимущества тяжеловодных реакторов огромны: только они позволяют использовать необогащенный природный уран; в-четвертых, эти реакторы имеют на порядок меньшую загрузку ураном и во столько же раз более быстрое превращение урана-235 в плутоний; в пятых, гораздо меньшие размеры тяжеловодного реактора также являются в ряде случаев решающим обстоятельством.

У нас разработка и строительство уран-тяжеловодного реактора велись под руководством академика Абрама Исааковича Алиханова (1904─1970), начальника Лаборатории № 3 (будущей ТТЛ ─ Теплотехнической лаборатории, преобразованной позже в Институт теоретической и экспериментальной физики ИТЭФ). Здесь мы не будем касаться вопросов создания и работы тяжеловодного реактора. Упомянем лишь, что здание исследовательского реактора было построено в Москве, в Черемушках, на территории ТТЛ, а сам реактор был пущен в апреле 1948 г. В нем тяжелая вода играла роль замедлителя нейтронов и вместе с тем теплоносителя. Монтаж оборудования первого промышленного тяжеловодного реактора, строящегося в Челябинске-40, был проведен в 1950 г., а реактор введен в строй в 1951 г. А теперь опишем кратко историю получения тяжелой воды в СССР.

В нашей стране первую тяжелую воду получил в 1934 г. А.И. Бродский на лабораторной установке в Московском химико-технологическом институте. Как сообщается в книге «Развитие химической промышленности СССР» (Т.2. С. 83), еще в 1940─1941 гг. «инженер Леонид Маркович Якименко разработал для научных целей установку для получения тяжелой воды методом электролиза водных растворов. Установка была изготовлена и смонтирована на опытном производстве ЧЭХК и могла давать не более 8 кг тяжелой воды в год» (цит. по книге [Любартович, 2005. С. 37]).

В 1945─1946 гг. были организованы исследовательские и проектные работы по изысканию, опытному, а затем и промышленному освоению экономичных методов получения тяжелой воды. Исследования проводили 8 организаций. Ими было предложено 11 различных методов получения тяжелой воды. На первом месте по значимости и производительности тяжелой воды оказывался электролиз обычной воды. Историю его освоения в СССР, по-видимому, можно отсчитывать с 1943 г. Тогда 7 июля И.В. Курчатову был представлен под грифом «сс» отчет М.И. Корнфельда и Д.М. Самойловича (Лаборатория № 2) «Разделение изотопов ректификацией» и приложения к нему <расчетов> Л.Д. Ландау (ИФП АН СССР), И.Я. Померанчука (Лаборатория № 2) [АП, Т.1 Ч. 2., 2002. С. 558]. В этом приложении была выведена формула Ландау для вычисления коэффициента разделения изотопов ректификацией. Корнфельд и Самойлович приводят расчеты по этой формуле для разделения изотопов различных элементов. Проведен также расчет ректификационных колонн для разделения изотопов при химических реакциях, его выполнил И.Я. Померанчук.

 

 

Марк Осипович (Иосифович) Корнфельд (1908─1903) был одним из первых сотрудников Лаборатории № 2, созданной приказом директора ЛФТИ А.Ф. Иоффе от 14 августа 1943 г. на базе группы физиков, находившихся в Казани (И.В. Курчатов, А.И. Алиханов, М.О. Корнфельд и еще 8 человек) [АП, Т.1 КЧ. 1. С. 382]. [2] В этом же году М.И. Корнфельд возглавил сектор Лаборатории № 2, которому было поручено заниматься проблемой тяжелой воды. После создания Спецкомитета в 1945 г. М.И. Корнфельд входил в состав Техсовета (НТС) ПГУ и продолжал возглавлять указанное направление работ.

В рамках ПГУ начал действовать Технический совет, преобразованный в декабре 1945 г. в Инженерно-технический совет (ИТС), а в апреле 1946 г. ─ в Научно-технический совет (НТС). Возглавлял НТС Б.Л. Ванников, его заместителем был академик А.И. Алиханов (начальник Лаборатории № 3, в которой создавался уран-тяжеловодный реактор). Членами Техсовета в начальном его составе (с осени 1945) были А.П. Завенягин, И.В. Курчатов, А.Ф. Иоффе, П.Л. Капица, И.И. Вознесенский, И.К. Кикоин, Ю.Б. Харитон. Техсовет (позже ИТС) осуществлял работу через пять секций. Тяжелой водой занималась Секция № 4. Ее членами были: проф. Касаткин А.Г. (председатель секции), проф. Плановский А.Н. (зампредседателя), начальник технического отдела Наркомхимпрома, проф. Корнфельд М.О., старший научный сотрудник Лаборатории № 2, Гаранин Б.Г., начальник 4-го Главка Наркомминвооружения, Генин Л.Ш., инженер, начальник 2-го техн. Отдела ГСПИ-3. Ученые и инженеры, работавшие по тяжелой воде, подчинялись по административной линии А.Г. Касаткину и М.Г. Первухину. «В 1946─1947 гг. у нас в стране под руководством Спецкомитета и ПГУ работами по получению D₂O занимались все, кого можно было привлечь» [Создание…, С. 296].

Для того чтобы понять основную технологическую схему, принятую в СССР для  получения тяжелой воды, вернемся мысленно из 1945-го на два года назад и обратимся к первоисточнику. Еще до создания ПГУ, 3 августа 1943 г. М.О. Корнфельд направил И.В. Курчатову письмо, которое последний тут же переслал М.Г. Первухину, наркому химической промышленности СССР, руководившему от правительства с конца 1942 по август 1945 г. всеми ядерными работами в стране. Целесообразно привести отрывки из этого письма [АП. Т. 1. Ч. 1., 1998. С. 379], потому что в нем просто и ясно сформулированы исходные научная и хозяйственная позиции по проблеме производства тяжелой воды и обоснованы конкретные причины выбора в качестве основного производителя тяжелой воды Чирчикского комбината (ЧЭХК, одним из руководителей которого был в эти годы Л.А. Костандов). Кроме того, принципиальная схема описанной технологии предварительного обогащения воды дейтерием была в скором времени принята на всех 11 заводах и комбинатах страны, где применялся электролитический метод (их список см. ниже, в докладе на имя Сталина).

«Для работ, проводимых в Лаборатории, необходимо располагать 100─150 литрами тяжелой воды в ближайшее время и производственной базой, изготовляющей около 3 литров тяжелой воды в сутки, в дальнейшем. В настоящей записке указывается путь решения этой задачи.

Содержание дейтерия в обыкновенной воде составляет примерно 0,02%. Предварительное обогащение до приблизительно 2% содержания дейтерия, несомненно, наиболее выгодно производить методом электролиза на базе существующих электролизных заводов, производящих водород (Москва, Чирчик), без каких-либо существенных изменений их технологического процесса.

Последующее обогащение от 1─2 до 98─99% может производиться либо тем же методом электролиза (однако со значительным переоборудованием и изменением режима заводов), либо же методом дистилляции в специально построенных для этой цели ректификационных колоннах. Не обладая необходимыми данными для проектирования электролизных установок для последующей стадии обогащения, мы наметим пока производственную схему, в которой предварительное обогащение осуществляется методом электролиза,  а последующее ─ методом дистилляции.

Обогащение электролита дейтерием обусловлено тем, что в результате электролиза происходит преимущественное выделение легкого водорода, в то время как дейтерий остается в электролите. В электролизерах непрерывного действия по истечении некоторого промежутка времени устанавливается равновесное содержание дейтерия, отвечающее обогащению примерно в 5 раз. Время, необходимое для достижения этого обогащения, равно тому времени, в течение которого количество воды, поступающей в электролизёр, примерно в 3 раза  превысит емкость электролизера.

Электролизеры, применяемые на Московском и Чирчикском заводах, обладают емкостью около 40 куб. метров, а количество воды, поступающей в электролизёр, равно примерно 6─7 куб.метрам в сутки. Таким образом, для достижения равновесного состояния необходимо время порядка 20 дней. <…>

Для достижения концентрации дейтерия порядка 1─2% необходимо троекратное повторение процесса обогащения. Ставить такую задачу перед Московским заводом, располагающим только двумя электролизерами, нецелесообразно, так как в этом случае производство необходимых количеств обогащенной воды потребует слишком большого времени. Несравненно быстрее эта задача может быть решена Чирчикским заводом, располагающим 6 электролизерами. На базе Чирчикского завода производственный процесс должен выглядеть примерно так:

1. Электролит (раствор едкого натра) из действующих ванн № 1, 2, 3, 4, 5 и 6 отводится в приемный бак, а все ванны заполняются свежим электролитом.

2. В течение 20 дней все электролизеры со свежим элетролитом работают с добавлением обычной воды. За это время концентрация дейтерия повышается и вновь доходит до равновесной.

3, После 20 дней электролит из действующих ванн вторично отводится в приемный бак. Все ванны опять заполняются свежим электролитом.

4. В течение 20 дней все электролизёры работают опять с добавлением свежей воды, концентрация дейтерия в ваннах снова доходит до равновесной.

5. Из слитого электролита испаряется вода, имеющая концентрацию дейтерия примерно 0,1%. В последующие 20 дней эта вода поступает на замену воды, разлагаемой в электролизёрах № 1, 2, 3 и 4. Электролизёры № 5 и 6 работают с доливом обычной воды.

6. Через 20 дней  электролит из электролизеров № 1, 2, 3  сливается в приемный бак, а электролизёры вновь заполняются свежим электролитом.

7. Из слитого электролита испаряется вода, имеющая концентрацию дейтерия примерно 0,5%. Эта вода в продолжение 20 дней поступает на замену воды, разлагаемой в электролизёре № 4. Электролизёры же № 1, 2, 3, 5 и 6 продолжают работать с доливом обычной воды.

8. По истечении 20 дней электролит из электролизёра № 4 сливается, электролизёр заливается свежим электролитом и включается в обычную работу.

9. Слитый из электролизёра № 4 электролит поступает  на выпарку. Из него отгоняется вода, имеющая концентрацию дейтерия примерно 1─2%, в количестве около 30 тонн. Эта вода подлежит дальнейшему концентрированию в специальном дистилляционном устройстве. 

Описанный цикл операций для получения 30 тонн воды, обогащенной дейтерием до 1─2%, занимает около 3 месяцев. За год он может быть повторен 4 раза, что даст около 100 тонн обогащенной дейтерием воды, или, в переводе на чистую тяжелую воду, примерно 1 тонну тяжелой воды в год.

На размерах выпускаемой заводом основной продукции описанное изменение технологического процесса завода никак не скажется. <…>

Что касается устройства для дистилляции воды с целью дальнейшего концентрирования дейтерия от 1─2 до 98─99%, то, учитывая, что коэффициент разделения при обогащении тяжелой воды дистилляцией равен примерно 0,05, и положив в основу установку Колумбийского университета, предназначенную для смесей с коэффициентом разделения 0,02 (см. предыдущую записку), можно прикинуть габариты ректификационной установки для получения 3 кг тяжелой воды в сутки. Ориентировочно эта установка должна состоять из 3 дистилляционных колонн диаметром: первая ─ 2,0, вторая ─ 0,6, третья ─ 0,3 метра, а высотой: первая ─10,0, вторая ─ 6,0 и третья ─ 3,0 метра.

Следует подчеркнуть, что все приведенные в настоящей записке цифры являются ориентировочными и нуждаются в проверке и дальнейшем уточнении, которые будут сделаны при составлении эскизного проекта.

Профессор М. Корнфельд

3 августа 1943 г.»

Прошел год с небольшим. Как и было намечено, за это время велись работы по организации производства тяжелой воды в первую очередь в Чирчике. О сдвигах за истекшее время М.И. Корнфельд и Д.М. Самойлович докладывают И.В. Курчатову.

10 ноября 1944 г.

Чирчик

 Дорогой Игорь Васильевич!

Приветствуем Вас из солнечного Узбекистана ─ уже пятый день идет дождь, усердно месим чирчикскую грязь и глину.

Организация лаборатории¹⁾ продвигается успешно, хотя и несколько медленно. Штат лаборатории практически укомплектован и завтра будет решен вопрос о начальнике лаборатории.

Оборудование лаборатории, за исключением перегонных аппаратов, готово. С аппаратами плохо из-за нехватки стекла, о чем мы уже Вам телеграфировали. Задерживает также ремонт пола.

Несмотря на все эти трудности, рассчитываем пустить лабораторию двадцатого ноября.

Начали вести измерения потерь. Предварительные опыты показывают, что потери весьма велики, чем и объясняются наблюдавшиеся нами низкие значения обогащения.

С понедельника приступаем к обучению лабораторных кадров, а с двадцатого ─ к чтению лекций для руководящих работников цеха и центральной лаборатории (всего пять человек).

Строительство развивается весьма успешно. К двадцать пятому ноября будут пущены и испытаны третья и четвертая ступени первой стадии, а к пятому декабря ─ все ступени второй стадии (рекомбинационной) ²⁾

Таким образом, все основные пусковые испытания будут проходить в конце ноября и в первой половине декабря.

Раньше этого времени нам, вероятно, уехать не удастся.

<…>

Желаем Вам всего хорошего, привет всем               М. Корнфельд, Д.Самойлович

Примечания из сборника «Атомный проект СССР»:

¹⁾ Речь идет о создании на ЧЭХК лаборатории по контролю за качеством тяжелой воды.

²⁾ Речь идет об установке № 470.

[АП. Т.1. Ч. 2, 2002. С. 156].

«Несколько медленное», как сказано в письме, продвижение работ, объясняется тем, что в это время еще продолжался начальный период атомных исследований в СССР; в нем принимало участие всего порядка нескольких сотен людей. Этот этап закончился сразу после американских атомных бомбардировок Японии. Созданные 20 августа 1945 г. Спецкомитет при ГКО СССР и ПГУ (с функциями министерства) при Совмине СССР привлекли к программе создания советского атомного оружия  более двухсот тысяч человек в десятках научных, производственных и строительных организациях по всей стране. Начался форсированный этап Атомного проекта СССР. Через четыре месяца на имя И.В. Сталина направляется обширный доклад ПГУ, подписанный его начальником Б.Л. Ванниковым и заместителем начальника М.Г. Первухиным. В нем освещается весь спектр разворачиваемых работ. В докладе есть и раздел, посвященный производству тяжелой воды, в котором сформулированы основные задачи  и перечислены намеченные пути их решения. Приводим полностью текст раздела по тяжелой воде, так как без него вряд ли возможно четко представить себе основные задачи, их масштаб и места выполнения рабочей программы по данному направлению [АП. Т.1. Кн. 2, 2002. С. 421].

О состоянии работ по получению и использованию атомной энергии

 17 января 1946 г.

Строго секретно (Особой важности)

<…>

Производство тяжелой воды

(для котла «уран─тяжелая вода»)

Большие трудности встречает производство необходимых запасов (13─20 тонн) тяжелой воды. Пока единственным известным нам промышленным методом производства тяжелой воды является электролитический метод, применявшийся в Норвегии и опробованный нами в Чирчике.

Для создания мощности в 20 тонн тяжелой воды в год требуется в течение 1946 ─ первой половины 1948 г. построить ряд заводов, расширить мощности электростанций, изготовить в СССР или закупить за границей большое количество сложного оборудования.

1. Требуется изготовить за 2 года 248 электролизёров (в год у нас до сих пор производилось их 5 штук); специальных трансформаторов (IV габарита) мощностью в 930 тыс кВа (планируется на 1946─1947 гг. для нужд народного хозяйства ─ 2 млн кВа), а также изготовление турбин, котлов и значительного количества прочего оборудования в ущерб другим нуждам народного хозяйства.

2. Общая стоимость оборудования  строительства электролизных заводов и связанного с ним расширения электростанций составит около 1 миллиарда рублей.

3. Стоимость одной тонны тяжелой воды по этому методу исчисляется в 25─26,5 миллионов рублей, при условии неиспользования отходящих кислорода и водорода, и 3─3,5 миллиона рублей ─ при условии утилизации их.[3]

Несмотря на сложность и дороговизну электролитического способа, является необходимым приступить к строительству заводов тяжелой воды по этому методу, проводя параллельно интенсивные изыскания других, более простых и дешевых способов.

В направлении производства тяжелой воды принимаются следующие меры:

В III квартале Наркомхимпромом построен и пущен на Чирчикском электрохимкомбинате первый цех получения тяжелой воды электролитическим методом. К настоящему времени цех выпустил первые 94 килограмма тяжелой воды 2% концентрации (в пересчете на тяжелую воду 100% концентрации).

Научно-техническим и Инженерно-техническим советами при Специальном комитете разработаны мероприятия, предусматривающие:

1. Строительство 11 цехов производства тяжелой воды, общей мощностью в 21,3 тонны в год электролитическим методом, в том числе:

в Чирчике                                   3,6 тонны в год;

в Каменске (Донбасс)                2 тонны в год;

в Горловке (Донбасс)              1,4 тонны в год;

в Днепродзержинске               2,2   «     «

в Сталиногорске                      2,2   «      «

в Березниках                            1,4   «      «

в Богослове                              1,4   «       «

в Красноярске                          1,4    «       «

в Ленинграде                            2,2    «       «

в Норильске                              2,2    «       «

в Кировакане                            1,1…«       «

Такое размещение взято, исходя из необходимости рассредоточить производство тяжелой воды и возможности использования свободных мощностей электростанций, а также возможности удешевления стоимости тяжелой воды за счет использования отходящего водорода на азотно-туковых заводах Наркомхимпрома. Строительство намечено провести в 1946─48 гг., исходя из расчета производства к 1 июля 1948 г. 13, 7 тонн тяжелой воды (на первый котел*);

2. Постройку в г. Алексине (на площадке Порохового комбината № 100) 2 полупромышленных установок производства тяжелой воды по новым, еще не испытанным методам, в целях изыскания более дешевых и простых методов производства тяжелой воды.

* Имеется в виду уран-тяжеловодный реактор.

Важно подчеркнуть следующий принцип комплексной стратегии производства тяжелой воды, который был принят в СССР. Опыты показали, что на получение одного килограмма тяжелой воды электролизом обычной воды необходимы огромные мощности в сотни тысяч киловатт электроэнергии. Поэтому было решено, что тяжеловодный продукт должен быть побочным в основном производстве других продуктов химической промышленности, в первую очередь водорода для синтеза аммиака, а также кислорода, необходимого для металлургии [АП. Т. 2. Кн.5, 2005. С. 865]. Первая установка для получения тяжелой воды электролизом обычной воды была пущена в октябре 1945 г. на ЧХЭК. С этого момента началась наработка тяжелой воды во всё больших объемах. По заданию Спецкомитета в начале 1946 г. было проведено усовершенствование пущенной установки, в результате ее производительность увеличилась более чем вдвое. Началось строительство семи новых цехов «Г» по получению гидроксилина (так условно именовались цеха электролиза и тяжелая вода). Цеха «Г» были созданы на азотно-туковых заводах в Днепродзержинске, Горловке, Березниках, Кировакане. Показателем эффективности процесса получения тяжелой воды была масса готового продукта (в граммах), отнесенная к затратам 1000 кВт.ч электроэнергии. Эти показатели были от 6,6 до 8,1 г., самый высокий из них ─ на ЧЭХК [Там же. С. 152]. Исследования, проведенные в 1946 г., показали, что «при сочетании метода электролиза с другими методами можно значительно сократить расход электроэнергии и резко увеличить производство тяжелой воды» [Там же. С. 866].

С мая 1945 по июль 1946 г. правительство приняло за подписью Сталина шесть постановлений и решений, касающихся научно-исследовательских и опытных работ по тяжелой воде, организации ее производства и средств контроля качества. Параллельно с основным методом электролиза в 1946 г. началось строительство опытных промышленных установок для получения тяжелой воды другими методами. В Сталиногорске была создана опытная установка № 475, работавшая по способу дистилляции под давлением жидкого аммиака, получением дейтероаммиака с последующим его сжиганием или изотопным обменом с водой (способ предложен немецкими учеными Гартеком и Байерлом, развит в ГИАПе) [АП. Т. 2. Кн.2, 2000. С. 865]. В г. Алексине (Тульская область), на пороховом заводе были созданы две опытные установки (№ 472 и 473) соответственно по способу изотопного обмена между водой и сероводородом и по способу дистилляции. На Коломенском паровозостроительном заводе была создана установка № 476, работающая по способу изотопного обмена между водой и аммиаком (проф. М. Фольмер и проф. Р. Доппель, работавшие по контракту в НИИ-9); позже установка была передана на Норильский комбинат. На одном из заводов (в Дзержинске) была создана установка № 474 по ректификации жидкого водорода из азотно-водородной смеси при минус 250^оС.

 

 

При осуществлении одних методов и режимов приходилось работать с веществами, вызывающими сильную коррозию оборудования, при других методах приходилось изыскивать материалы, работоспособные при сверхнизких температурах. Все это создавало массу неизвестных, зачастую совершенно неожиданных трудностей в условиях крайне жесткого графика и контроля со стороны государственных органов, включая и особые условия секретного режима работ.

Заметим, что успехи на параллельном пути получения ядерного горючего ─ плутония ─ были достигнуты быстрее: к концу 1948 г. наработка плутония уже производилась в промышленном уран-графитовом котле (правда, с частыми авариями и перебоями). В связи с этим 4 ноября 1948 г. И.В. Курчатов пишет Л.П. Берия докладную записку «О котлах с тяжелой водой». В ней он предлагает пока не форсировать производство тяжелой воды, так как графитовый замедлитель для реактора оказался проще и дешевле. Вот, как Курчатов это обосновывает.

«<…> Такое положение вещей заставляет пересмотреть место и значение различных разрабатываемых у нас методов и, в частности, атомных реакторов с тяжелой водой.

До сих пор котлы с тяжелой водой разрабатывались для получения плутония. Это объяснялось необходимостью иметь в резерве другой (более надежный по физическим данным) метод получения плутония, чем уран-графитовый котел. Необходимость в таком направлении работ по котлам с тяжелой водой теперь отпала. Можно было бы в дальнейшем параллельно развивать котлы с тяжелой водой и графитовые котлы, но прямой надобности в этом нет. Котлы с тяжелой водой имеют перед уран-графитовыми котлами то преимущество, что позволяют глубже выработать уран-235 (однако не настолько, чтобы  было возможно обойтись без комбинированной работы с диффузионным методом), но вместе с тем  котлы с тяжелой водой требуют несравненно более качественного изготовления оборудования <…>, герметичности аппаратуры. Несоблюдение этих требований легко может привести к потере драгоценного вещества. В области промышленного получения плутония котлы с тяжелой водой не имеют, как видим, качественного преимущества перед уже испытанным на практике уран-графитовым котлом. Разработку котла с тяжелой водой поэтому надо вести  в направлении решения проблемы тория, где, как это представляется на данной стадии научно-исследовательских разработок, котлы с тяжелой водой имеют преимущество по сравнению с уран-графитовым котлом. Согласно расчетам Лабор. № 3  <будущий ИТЭФ во главе с А.И. Алихановым>, для создания ториевого котла (содержащего смесь тория и урана-233) при применении тяжелой воды как замедлителя нужно иметь только 23─25 килограммов урана-233, в то время как при применении графитового замедлителя нужно 100─120 килограммов урана-233. В ториевых котлах коэффициент размножения составляет 1,2─1,25 вместо 1,15─1,17 для котла с графитовым замедлителем. <…>

Опытный котел  с тяжелой водой , предназначенный для проверки воспроизводства урана-233 из тория <…> должен работать на мощности 100─500 kW и состоять из окруженного торием шарового реактора, в котором располагаются 200 граммов урана-233 и приблизительно одна тонна тяжелой воды. <…>»

***

Герои этой главы, братья Н.И. и И.И. Гельперины, не оставили своих воспоминаний о работе по производству тяжелой воды. Причина понятна ─ все та же секретность и пожизненные подписки о неразглашении. Никто из них не дожил до момента, когда эти сведения стали рассекречиваться. И все же можно кое-что узнать об их работах косвенным путем, по редким воспоминаниям людей,  которые были связаны с ними той же работой. К таковым относятся воспоминания академика А.П. Александрова, руководившего циклом работ по производству тяжелой воды методом ректификации в 1946─1955 гг. Недавно эти воспоминания были опубликованы[4]. В них речь идет о разработке и освоении низкотемпературных процессов выделения дейтерия на ЧЭХК. На ЧЭХК бывал профессор Н.И. Гельперин, один из научных консультантов по проблеме получения дейтерия методом ректификации. В Чирчике немало месяцев проработал его брат И.И. Гельперин, инженер-криогенщик и химико-технолог, прикомандированный от ГИАПа к бригаде ученых, которая разрабатывала и внедряла на ЧЭХК низкотемпературную технологию глубокого обогащения тяжелой воды под общим научно-административным руководством А.П. Александрова. Вместе с ведущими сотрудниками Капицы и Александрова И.И. Гельперин был награжден за это Ленинской премией. Тем самым можно узнать кое-что о содержании работы последнего по рассказам Александрова.

Воспоминания А.П. Александрова необычны по форме, они ─ точная запись устной речи А.П. Александрова, который не писал воспоминаний, но наговаривал их на магнитофон. Его сын П.А. Александров принял нестандартное решение ─ опубликовать книгу этих записей, не обрабатывая их, сохранив неприглаженную речь отца, местами с нарушениями литературных и грамматических норм, но живую и образную. Мы помещаем отрывки из этих воспоминаний Анатолия Петровича, касающихся технологии конечного обогащения тяжелой воды, полученный на стадии предварительного обогащения электролитическим методом. Запись устной речи местами прерывается, чтобы дать наши небольшие пояснения  в уголковых скобках. Рассказ относится к осени 1945 г. А.П. Александров говорит:

«Так я, значит, собрал всех и произнес следующую речь. Вот, товарищи, я познакомился с тем предложением, которое сделал Петр Леонидович относительно производства дейтерия путем ректификации жидкого водорода. <…> Я понимаю так, нам сейчас нужно разобраться в физике этого дела, нужно сделать у себя сначала небольшую лабораторную установочку. Потом большую полупроизводственную установку. <…> И в это же время будем разрабатывать проект крупного завода. Пусть у нас потом половина этого проекта окажется негодной, мы ее переделаем, но, во всяком случае, сэкономим очень много времени. Значит, все были несколько изумлены таким подходом. Шурка Шальников <членкор АН СССР> мне говорит: “<…> тут же есть очень много сложностей, потому что водород может быть в орто-пара состоянии. <…>  они превращаются друг в друга с очень большим тепловыделением, и это может совершенно нарушить весь процесс ректификации”. Я тогда говорю: “Слушайте, а как с точки зрения термодинамики?” Они говорят, что при этих температурах жидкого водорода устойчив такой-то (я уже сейчас не помню, кто ─ орто или пара, кажется, орто). Тогда я говорю: “Так давайте попробуем сделать таким образом, чтобы у нас был специальный какой-то участок, где мы превращаем, делаем конверсию орто в пара или пара в орто. Чтоб нам уже получить равновесный состав этого водорода, и тогда с ним обращаться, чтобы не было никаких тепловых помех при этом процессе <ректификации>”. Ну, они все согласились <…>. И тогда значит я  договорился с Карповским институтом по этому поводу, что он берется такие катализаторы разработать. <Они были созданы под руководством будущего академика Г.К. Борескова и отмечены Сталинской премией (1953).> И еще был один сложный очень вопрос, по которому я тоже договаривался с Карповским институтом. Дело в том, что при получении водорода электролитическим методом, а мы ориентировались именно на электролитический водород, потому что он наиболее чистый. Был, кстати, завод, который использовал для синтеза аммиака электролитический водород, мы к этому заводу и хотели пристроиться. И вот, оказывалось, что в этом водороде есть некоторое количество, очень небольшое, кислорода. А примесь кислорода вымерзает при водородных температурах <температуры превращения газ─жидкость кислорода и водорода соответственно: ─182,9 и ─252,6^оС, температура перехода в кристаллический кислород: ─249^оС>. Значит, где-то намерзает кислородный лед в установке, который в атмосфере водорода может великолепно взрываться, как тротил, примерно. И вот по этому поводу мы сильно задумывались, как нам провести настолько глубокую очистку водорода, чтобы исключить всякого рода неприятности. В это время другой институт, институт Азотной промышленности <ГИАП, где в этой проблеме работал И.И. Гельперин>, который раньше ухватился за эту идею Капицы, она ему <ГИАПу> была известна, потому что им поручил, по-видимому, Первухин этим делом заниматься <ректификацией жидкого водорода>. Они стали лихорадочно действовать в этом направлении. И не отработав толком процесс, решили сделать опытную установку, так сказать, на все случаи жизни. Они предусмотрели там массу всяких коммуникаций, чтобы в случае чего можно было как-то схему немножко видоизменить <…>. Ну, в общем это был возможный подход. Но, значит, вот эта опытная установка, после того как мы уже начали работать и с полгода работали, эта опытная установка взорвалась. Конечно, взрыв такой установки ─ это, в общем, событие чрезвычайное. Этим делом мы и занимались. Конечно, не только мы, но в общем это у начальства отложило такую идею, что это процесс очень опасный, и что тут можно нажить неприятностей.

Ну, а мы тем не менее, значит, работали. Мы достали парочку американских компрессоров. Это были азотные компрессоры, но мы их переключили на компрессирование водорода. Уже у Шальникова работала маленькая разделительная установочка, где он занимался этой конверсией орто- и параводорода. Теперь, Бриллиантов занимался очень глубокой очисткой водорода, тоже используя катализаторы, которые разработали в Карповском институте. И он же и Стрелков разрабатывали методы анализа на остаточный кислород.  А остаточного кислорода у нас должно быть <не более>10^-9%. <…> То есть тогда вообще и думать нечего было о том, чтобы с такой точностью анализы можно было бы производить. И был разработан такой метод, что мы через холодилку с активированным углем пропускали некоторое дозированное количество газа, а на активированном угле садились все примеси, кроме чистого водорода. Потом мы размораживали эту холодилку, и таким образом мы произвели накопление кислорода, ну, примерно, там в 10 тысяч раз. И после этого чувствительности анализа уже хватало, чтобы его определить. Вот такую аналитическую методику мы разработали, написали на нее все регламенты, для того чтобы ее в заводском виде применять. После этого мы сделали специальную лабораторию, мы ее построили в парке, где мы производили взрывы <…>. Твердого кислорода в водороде.  И мы смотрели, при каких количествах и когда это опасно. Оказалось, что это очень интересная вещь. Когда намерзает кислород, он в конце концов образует довольно плотную кристаллическую массу.  И эта масса потом трескается, видимо. В результате рекристаллизаций каких-то. И когда она трескается, там за счет электризации трением получается взрыв. Очень такая эффектная вещь. Голубой такой огонь, и потом ─ бенц! Всё взрывается к чертовой матери. Причем это мы делали в трубках разных диаметров, с разными количествами, и потом мы поняли, что мы получили ключ к расчету длительности кампании. То есть, сколько времени может работать водородная установка при водородных температурах с тем содержанием кислорода, который мы гарантируем, чтобы не произошло взрыва. А потом размораживаем, отдуваем и ─ следующая кампания. <…>. При водороде той чистоты, что мы делаем, у нас, значит, получался срок, что мы можем работать целый год. Но мы дали гарантийный срок три месяца. И делали установку из двух блоков, которые попеременно работают <…>.

Ну, разморозить, заморозить ─ это две недели. Процесс довольно длительный. <…> в это время надо сделать профилактику всего остального оборудования, ну, это обычно принято в химической промышленности. <…> Было важно то, что мы действительно научно аргументировали вот эту длительность кампании. Это было очень важно, потому что иначе могло бы взорваться, как в Дзержинске. В это время уже выяснили, что можем приспособить к этой работе компрессоры по 10 тысяч кубометров в час ─ вот это колоссальной производительности компрессоры. Ну, и у нас вырисовался проект завода. Мы начали работать с этим институтом Азотной промышленности, вот, тем, который взорвал свою опытную установку. Потому что проектирование завода ─ это всё-таки было его дело. Но технологию мы всю дали свою. Больше того, мы с этого момента перешли на сооружение большой установки, Вот там, в этом домике в парке.

Эта разработка по водородным делам, она у нас тянулась довольно длинно. <…> Всё зависело от цены тяжелой воды. Поэтому обещание Капицы делать по цене водки, оно могло склонить дело в этом направлении <имеется в виду выбор между уран-графитовыми и уран-тяжеловодными реакторами>. В то же время уже в 47 году, в конце, и в 48 году выяснилось, что это не всё так просто с уран-графитовым котлом работать. Там свои сложности есть очень большие. И поэтому это направление <тяжеловодное>  его надо было во всяком случае чрезвычайно ясно себе представить. А кроме того, уже в это время начали светить всякие идеи насчет термоядерных вещей, где требовался дейтерий. <…> Потому что именно Ландау делал один из первых докладов  в этом направлении, что можно попытаться осуществить термоядерную реакцию, и я на этом докладе был.

А с водородом дальше развиваются такие события. У нас готов проект завода. Всё это привязано, значит, к Чирчику. Проект выполнен ГИАПом. А мы уже пустили эту большую установку. Мы уже получили сильно обогащенный по дейтерию водород. Мы разработали специальный тип ректификационной колонки для этого дела. Мы даже испытывали ее гидравлические характеристики, вот в этом бассейне, который там есть для охлаждения компрессоров. И разработали действительно отличные ректификационные колонны. <…> “Красный выборжец”, потом Тамбовский завод “Комсомолец” <…> начали работать  на это дело. <…> В это время был назначен мой доклад по этому поводу на Совете в Первом главном управлении. Это был научно технический совет <…>. Этот Совет был чрезвычайно, надо сказать, могущественным. Потому что его решения присылались тебе в виде выписки <…>, и ты, хоть сдохни, обязан был их выполнить. И это всем так. <…> Это было очень мощное учреждение. И вот там я, значит,  стал докладывать относительно  всего этого разделения. На меня набросились очень сильно по поводу того, что, вот, как мы  можем гарантировать кампанию и так далее.  Ну, надо сказать, что мы после этого Совета еще провели несколько серий опытов по взрыву кислорода в водороде. Была отмечена некоторая неполнота наших данных. Ну, и после этого уже был вынесен вопрос в правительство, вернее, к Берии, о строительстве завода».

Как видим, воспоминания несколько тенденциозны: в них идеализируется роль своих физиков и едко говорится о недоработках «гиаповцев» в освоении ректификационного метода получения дейтерия, которые привели к взрыву заводской установки. Так ли в точности это было или не совсем так, нужно было бы выслушать и противоположную сторону. На эту тему совсем немного известно от И.И. Гельперина и сказано далее, в очерке о нем. С этой оговоркой помещаем дальнейший отрывок из воспоминаний Александрова, в котором он описывает эпизод своего контакта с Берия.

«Заседание происходило так. Там было много народу. Председательствовал Берия, как всегда на этих заседаниях. Это называлось Спецкомитет. Берия сидел за столом, таким перпендикулярным, а от него шел длинный стол за которым все сидят. Слева от него сидел Махнёв <генерал-майор госбезопасности, начальник секретариата Спецкомитета>, ближе всех к нему, и он, собственно, и представлял все материалы. Махнёв докладывает. Вот, значит, товарищ Александров представил проект завода для получения тяжелой воды. Берия, значит, берет в руки бумагу: “А товарищ Александров знает, что взорвалась опытная установка в Дзержинске?” Махнёв говорит: “Знает”. А я сижу прямо против Махнёва, тоже рядом прямо с Берией. Он не ко мне обращается, к Махнёву: “Он свою подпись не снимает?” Он  <Махнёв> говорит: “Нет, не снимает”. Потом он <Берия > так посидел: “А он знает, что если завод взорвется, он поедет, где Макар Тэлята гоняет?” Он немного по-русски не очень-то говорил. Я говорю, что да, это я себе представляю. “Вы подпись не снимаете, товарищ Александров?” Я говорю: “Нет, не снимаю.” ─ “Строить завод”─ Берия написал резолюцию: ─ “За, ЛБ”. Всё. Завод  стоимостью что-то около сотни миллионов рублей. И как-никак впервые в мире был водородный холод в промышленном масштабе здесь реализован. Американцы это делали изотопным обменом. Высокотемпературным изотопным обменом.

Термодинамически это был гораздо более выгодный процесс, тот, который мы разработали. Но он технически труднее. Но сейчас и то, и другое делают у нас. Этот завод еще работает до сих пор, и ни разу не взорвался. <…>

Это было просто очень крупное дело. Оно очень любопытно закончилось. Уже после того как опять Капица был назначен директором института <в 1955 г.> (а завод уже к этому времени проработал года три и хорошо работал) возник вопрос о присуждении Государственной премии по этому делу <по-видимому, неточность, речь идет о Ленинской премии>. И мне позвонил Капица в институт. А я в это время, значит, был уже в Институте Атомной энергии. <…> “Вот так и так, Анатолий Петрович (а это первый мой с ним разговор) <…>, значит, вот собираются эту работу выдвигать на премию. И, значит, Вас и меня в том числе”. Я говорю: “Знаете, Петр Леонидович, в этой работе, хотя мне пришлось много над этим делом потрудиться, но идея была не моя, моя была только организационная деятельность в этом. Я не считаю, что я должен участвовать в этой премии. Отлично работал весь коллектив, надо их и выдвигать, Идея была Ваша. А с моей стороны, я только содействовал исполнению этой работы. Так что я отказываюсь от того, чтобы принимать в этом деле участие”. А в это время я был уже в комитете по госпремиям. И когда эта работа рассматривалась, я ее отлично поддержал, и им присудили премию. Но Капица, значит, после того как я отказался, он тоже отказался. И с тех пор у меня с ним установились приличные отношения. А надо сказать, что в самом начале, когда вот эту работу я решил, что надо вести в Институте физпроблем, я просил, чтобы разрешили, официально обратился, чтобы разрешили Капицу привлечь в качестве консультанта по этой работе». <Однако Сталин и Берия были против этого>  [Александров П., 2002. С. 118-123].

***

В заключение обратим внимание на еще один аспект, геополитический, касающийся использования тяжелой воды в атомной промышленности. Сейчас в мире насчитывается несколько тысяч ядерных реакторов, работающих и строящихся в десятках стран. Ряд стран строят их самостоятельно, не желая быть зависимыми от ведущих ядерных держав. Это Индия, Пакистан, Канада, Аргентина, Южная Корея, Северная Корея. Они в состоянии сами добыть урановую руду и произвести из нее чистый уран. Но эти страны не имеют своих заводов по обогащению природного урана. Поэтому они не могут создавать уран-графитовые реакторы, так как эти реакторы работают только на обогащенном уране (до 2─4% урана-235). Между тем энергетические реакторы, работающие на необогащенном природном уране, возможны только с тяжеловодным замедлителем. В этих случаях тяжелая вода является критически необходимым продуктом. Упомянутые страны в состоянии построить заводы по получению тяжелой воды, потому что процесс разделения изотопов самого легкого элемента (водорода) гораздо проще и дешевле, чем самого тяжелого природного элемента (урана).

Теперь перейдем от общего введения в тему к биографическим очеркам, посвященным  двум героям данной главы.

 

Н.И. Гельперин

Справка. Нисон Ильич Гельперин родился 21 января 1903 в местечке Смолевичи под Минском. Окончил минское реальное училище. Поступил Московский химико-технологический институт (МХТИ) имени Д.И. Менделеева, на механический факультет. В 1925 окончил вуз и получил специальность инженера-технолога по машинам и аппаратам химической промышленности. Параллельно с обучением в МХТИ учился на физико-математическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова. В 1925─1931 работал в МХТИ, где, начав лаборантом, вскоре стал доцентом.

Нисон Ильич Гельперин

 

С 1927 параллельно работал инженером в «Анилтресте», в проектном отделе. С 1928 ─ старший инженер, а с 1930 ─ главный инженер треста «Химстрой», консультант и один из ближайших помощников наркома тяжелого машиностроения Г.К.Орджоникидзе. В 1928─1931 вел разработку новых конструкций машин и аппаратов, наладку их производства, участвовал в пуске цехов и заводов. При его участии созданы и введены в производство сушильные, размольные, выпарные, дистилляционные и другие установки, проведена модернизация сернокислотных и ряда других производств на Дорхимзаводе, Воскресенском, Бобрикском (Сталиногорском с 1934, Новомосковском с 1961), Горловском, Березниковском, Константиновском, Пермском, Чернореченском, Актюбинском, Щигровском, Кемеровском химзаводах. Инициатор создания НИИХИММАШ, его первый директор (с 1931). В 1932 был членом пусковой комиссии Березниковского комбината, а в 1933 ─ председателем пусковой комиссии Бобрикского азотно-тукового завода (ныне Новомосковский химкомбинат). В 1936 ─ технический директор треста Союзазот. С 1937 ─ главный инженер главка Главазот Наркомтяжпрома СССР. В 1932—1938 участвовал в создании первых в СССР промышленных установок для получения кислорода и аргона, производства аммиака и метанола в Бобриках. В 1930-х преподавал в МХТИ, ездил читать лекции в Ленинградский индустриальный институт. После выделения в 1931 МИХМа из МХТИ активно участвовал в становлении нового вуза. В том же году создал кафедру химического машиностроения и был ее заведующим до 1938, одновременно работая деканом факультета. С 1942 и почти до конца жизни ─ заведующий кафедрой процессов и аппаратов химической технологии Московского института тонкой химической технологии (МИТХТ). Организатор и руководитель научных и опытно-конструкторских работ, проводившихся в МИТХТ, ряде других вузов и НИИ по исследованию процессов теплообмена при кипении, выпаривании, дистилляции и ректификации, жидкостной экстракции, адсорбции, сушке, кристаллизации, сублимации, псевдоожижении. С середины 1945 по июнь 1946 начальник отдела Первого главного управления при Совете Министров СССР (так в анкете), ведущего работу по организации производства тяжелой воды. Имеет 120 авторских свидетельств; ряд изобретений запатентованных за рубежом и реализованных Лицензинторгом; более 800 публикаций, в т.ч. 25 монографий и учебников, среди них: «Дестилляция и ректификация» (1947; 8-е изд. 1971), «Основные процессы и аппараты химической технологии» в 2-х ч. (1981), «Структура потоков и эффективность колонных аппаратов химической промышленности» (1977), «Основы техники псевдоожижения» (1967), «Математическое моделирование и методы синтеза гибких химических производств» (совместно с Г.А. Носовым, 1975), «Основы техники фракционной кристаллизации» (1986). Эти и другие книги стали классикой химической технологии. Создал научную школу химиков-технологов органиков, подготовил 12 докторов и 130 кандидатов наук. Лауреат Сталинской премии за создание промышленности антибиотиков (пенициллина, 1950). Заслуженный деятель науки и техники РСФСР (1963). Награжден двумя орденами Ленина (1942, 1973), орденами Трудового Красного Знамени (1934), Красной Звезды (1943), «Знак Почета» (1950). Умер в 1988, похоронен на Востряковском кладбище в Москве. Кафедра ПАХТ в МИТХТ ныне носит имя Н.И. Гельперина. В 2008 в музее МИТХТ открывается постоянная экспозиция, посвященная его жизни и деятельности.

До войны и во время войны

Свой трудовой путь Н.И. Гельперин начал еще до революции. Будучи еще подростком, работал сначала помощником кочегара, а потом помощником машиниста, совмещая это с учебой в реальном училище. После окончания вуза поступил в отдел Анилтреста на должность старшего инженера (1925─1927). Затем  был переведен в трест «Химстрой», где работал вначале также старшим инженером, но вскоре стал одним из его руководителей.

В книге М.Б. Генералова по истории МИХМа говорится о роли Н.И. Гельперина в становлении химического машиностроения в СССР и одноименного вуза:

«С 1928 года трест “Химстрой” возглавил Н.И. Гельперин и взял на себя преподавание цикла тепловых процессов и конструирования химической аппаратуры на механическом отделении МХТИ. К началу первой пятилетки “Химстрой” представлял собой уже солидную организацию. В первые годы его деятельности масштаб производства машин и аппаратов на советских машиностроительных заводах был относительно ограниченный. Так, в 1926 году ими было изготовлено машин и аппаратов на сумму 3 млн. рублей. В 1927 —  на 8 млн. рублей, в 1929 году — на 12 млн. рублей, в 1932 году — уже на 101 млн. рублей. Таким образом, химическое машиностроение в СССР возникло в годы первой пятилетки, а его зачатки относятся к восстановительному периоду (до 1928 г.). В первой пятилетке аппаратура для сернокислотных и суперфосфатных заводов, фосфоритных мельниц, заводов преципитатных, хлорных и минеральных солей почти полностью изготовлялась на советских машиностроительных заводах. <...> В первой пятилетке было начато изготовление колонн для синтеза аммиака и компрессоров высокого давления (до 300 атм) производительностью 10 тыс. куб м газа в час, аппаратуры для получения глубокого холода, кислорода и т.д.» [Генералов, 2000. С. 38].

Согласно цитируемой книге, темпы роста химической промышленности в СССР по сравнению с Россией в 1913 г.(100%) были следующими: 1928: 319%, 1932: 967%, 1937: 1500%. Эпоха индустриализации страны и бурное развитие химической промышленности обусловили необходимость в специальном научно-инженерном центре, в котором велись бы поисковые и исследовательские работы по созданию новых химических аппаратов и агрегатов. С этой целью в 1930 г. по инициативе Н.И. Гельперина был организован отраслевой институт НИИХИММАШ. Н.И. Гельперин становится его первым директором. Впоследствии, начиная со второй половины 1940-х гг., этот институт играл первостепенную роль в создании атомной промышленности СССР. В нем под руководством Н.А. Доллежаля был разработан первый ядерный реактор оригинальной конструкции (впервые в мире была применена вертикальная схема каналов, по которой строились впоследствии все ядерные реакторы, см. главу о В.И. Меркине).

 

Н.И.Гельперин рядом с фугасной бомбой

 

В 1930-е годы Н.И. Гельперин работает под непосредственным руководством Г.К. Орджоникидзе. В 1931 г. его направляют на работу в главк «Гипроазот», в 1933 он становится техническим директором Союзазота, а в 1936 г.─ главным инженером Главазота НКТП. Наркомат постоянно командирует главного «азотчика» страны контролировать стройки, оснащение новых химических заводов. Он участвует в их пусках в качестве члена или председателя пусковой комиссии. Приводим для примера тексты двух правительственных телеграмм, посланных Орджоникидзе Гельперину и сохранившихся в его архиве: (1) «Кемеровкомбинатстрой Архитектору Андронову Копия Гельперину Поручено рассмотреть на месте Гельперину выехавшему в Кемерово 6 февраля=0489=Орджоникидзе». (2) «Кемерово Кемеровкомбинат Гельперину На Вашу телеграмму согласен = Орджоникидзе».

В архиве Н.И. Гельперина также найдено несколько документов с резолюциями Орджоникидзе, сделанными оранжевым карандашом. Приведем копию с оригинала одного из писем в адрес Орджоникидзе, выделив текст об электролизерах на Чирчикском комбинате, которые в дальнейшем будут применяться для выделения тяжелой воды. Это письмо датировано 23 декабря 1934 г., оно было направлено наркому московским инженером С Ступниковым. В письме затронуто несколько тем, в частности, говорится: «В 1932 г. мною начата работа по конструированию электролизёра для электролиза воды, имеющего решающее значение для Чирчикстроя. Работы близки к успешному завершению. Этим сэкономлено 800.000 р. золотом, которые мы намеревались заплатить итальянцам за устаревшие электролизеры». Резолюция наркома: «Тов. Гельперину.  Прошу дать ваше заключение. С.Орджоникидзе. 21/I.»

В Москве, в 1929 г. Наркомтяжпром заканчивает строительством трехэтажный кирпичный жилой дом для руководящих работников наркомата. Орджоникидзе выделяет семье Н.И. Гельперина трехкомнатную квартиру, которую Н.И. занимает до конца жизни (это дом № 10 по 2-му Обыденскому пер. в центре Москвы).

Описывая события эпохи индустриализации СССР, приведем следующий рассказ со слов профессора Г.А. Носова, ученика Н.И. Гельперина, который он лично слышал от Нисона Ильича. В 1930 году Н.И. был неожиданно назначен в Правительственную комиссию в качестве эксперта по делу Промпартии. Согласно терминологии тех лет «Промышленная партия ─ это подпольная контрреволюционная шпионско-диверсионная организация верхушки буржуазной технической интеллигенции, действовавшая в СССР с 1926 по 1930. <…> во главе Промпартии находились инженеры Рамзин, Пальчинский, а также фон Мекк и Хренников <…>» (БСЭ, 2-е изд. Т. 35. С. 37). Н.И. Гельперин, кстати, был знаком с Л.К. Рамзиным. Однажды Гельперину позвонили и строго сказали: «Вы должны быть завтра там-то, иметь при себе несколько вещей первой необходимости (их перечислили). Вас будет ждать машина. Рассказывать об этом разговоре запрещается». Ясно, о чём подумал Нисон Ильич в тот момент. Назавтра он был в назначенном месте. Его встретили, отдали честь. Тогда он решил, что, возможно, это и не арест. Машина доехала до какой-то небольшой железнодорожной станции близ Подольска. Там остановился поезд, Н.И. посадили в купе и запретили по дороге общаться с кем-либо. Как выяснилось позже, в поезде, в других вагонах ехали еще двое экспертов, включенных в Комиссию по расследованию взрыва на химкомбинате на Украине. Прибыли в Луганск. Гельперин ознакомился на месте с обстоятельствами чрезвычайного происшествия. Суть дела была такая. Руководство стройкой «гнало сроки», бетонные работы были проведены наспех безобразно. Пустили «в срок» установки. Они не были нормально отбалансированы. От вибрации срезало болты. Произошло выделение взрывоопасных газов. Затем взрыв. Каждый эксперт писал свое заключение самостоятельно. Затем начальство сличало их заключения. В этом состоял смысл запрета на общение экспертов друг с другом. Через два дня экспертов отвезли назад в Москву. Взяли подписки о неразглашении, так как боялись шпионов. Явившись на работу, эксперты должны были объяснить, что пропустили два дня по болезни.В 1931 году Н.И. Гельперину было присвоено звание профессора за заслуги в научно-педагогической деятельности. В этом же году МИХМ стал самостоятельным вузом, одним из его основоположников считается Н.И. Гельперин, который занял сразу две ведущие должности: декана факультета химического машиностроения и заведующего одноименной кафедрой. Ею он руководил до 1938 года. Ректор М.Б. Генералов так характеризует работу Н.И. Гельперина в МИХМе.

«Кафедра химического машиностроения являлась основной выпускающей кафедрой нового института. Она готовила специалистов двух профилей ─ конструкторов машин и аппаратов химической промышленности и механиков-эксплуатационников для предприятий химической промышленности. Будущие специалисты выполняли дипломные проекты под руководством преподавателей кафедры химического машиностроения. Интенсивное развитие химической промышленности того периода потребовало более узкой и более глубокой специализации выпускаемых инженеров ─ как для химических, так и для машиностроительных предприятий. Для решения этой задачи в МИХМе было создано несколько профилирующих специализированных кафедр, Курс “Химическое машиностроение” был преобразован в курс “Процессы и аппараты химической технологии” <ПАХТ>  На кафедре также читали курс по контрольно-измерительным приборам, используемым в химических производствах. В соответствии с прошедшими изменениями кафедра в 1933 году стала называться “Процессы и аппараты химической технологии”. Важным в истории кафедры и МИХМа явились реконструкция лабораторного корпуса и создание лаборатории процессов и аппаратов в период с 1933 по 1938 год. Много сил и труда в создание лаборатории вложили М.Г. Ефимов, К.И. Лебедев, И.Я. Пильский, В.Ф. Резник, А.И. Рычков» [Генералов. С. 159].

 

 

К 1933 году в МИХМе возникли проблемы с академической успеваемостью большой массы студентов. Они явились следствием неумного экспериментирования с внедрением пресловутого бригадного метода обучения в СССР в конце 1920 ─ начале 1930-х гг. Тогда, когда это стало возможным по общегосударственным причинам, директор МИХМа А.И. Михайлов решительно взялся за «искоренение негативных сторон бригадного метода обучения, наведению порядка в учебном процессе, повышению трудовой дисциплины».

«Для совершенствования учебно-методической работы в институте были созданы цикловые комиссии, назначены их руководители: <идет перечисление> 6. Специальная (химическое машиностроение, насосы и компрессоры, специальная аппаратура, теплопередача, организация и рационализация производства) ─ профессор Н.И. Гельперин.

Цикловые комиссии начали разрабатывать новые учебные планы и рабочие учебные программы. <…>  Не осталась без внимания аспирантура. Для контроля за работой аспирантов была создана комиссия в составе: А.И. Михайлов, И.А. Тищенко, А.А. Бурлаков, Н.И. Гельперин; она разработала учебный план, согласно которому на общетеоретическую подготовку отводилось четыре часа аудиторных занятий через день в течение двух лет (общий объем занятий составлял 1176 часов), а третий год ─ для работы непосредственно по теме диссертации. <…> 

17 февраля 1935 года состоялся первый выпуск аспирантов. Государственная  квалификационная комиссия в составе А.И. Михайлова, Н.И. Гельперина, З.Б. Канторовича, Н.С. Аржаникова, А.А. Бурдакова, С.Н. Семихатова признала защитившими кандидатские диссертации аспирантов С.Д. Зайцева, Н.И. Мельникова, И.П. Усюкина» [Генералов. С. 44, 51].

В 1937 г. Н.И. Гельперин становится главным инженером Главазота Наркомата тяжелой промышленности, самым молодым из главных инженеров главков. Заметим, что в те годы главк равнялся нескольким министерствам более поздних времен. Главазот контролировал все производство искусственных удобрений и взрывчатых веществ. Это азотно-туковые и пороховые заводы в Бобриках (Сталиногорске), Кемерове. В этой работе принимали участие и родные братья Нисона Ильича Григорий и Иосиф, пошедшие по стопам старшего брата и ставшие инженерами химико-технологами. Они подолгу работали в командировках на заводах Главазота[5]  Уровень работы Н.И. Гельперина можно проиллюстрировать на следующем примере, о котором рассказывается в статье [Захаров, Носов, 2007].

«В начале 1930-х гг. американцы продали нашей стране и смонтировали в Бобриках колонны синтеза аммиака по новейшей тогда технологии; однако в обусловленные сроки запустить их с гарантированной производительностью они не сумели. Выяснить причину было поручено молодому тогда профессору Н.И. Гельперину. Он вскрыл колонны, проанализировал работу их теплообменных зон и выявил недопустимые температурные перекосы. На основе его расчетов была изменена конструкция теплообменного устройства в колоннах, и они были запущены (на том же катализаторе, с тем же синтез-газом и параметрами работы) с производительностью, заметно выше проектной. (Между прочим, американцы купили у нас лицензию ─ за немалые деньги ─ на свою колонну, но с нашей теплообменной начинкой.) Этот случай нашел отражение в отчетном докладе ЦК на XVII съезде партии».

Начиная с 1937 г. Н.И. Гельперин лично занимается конструированием, отработкой и внедрением в промышленность новой машины ГБ-1 для снаряжения взрывчатыми веществами (ВВ) артиллерийских фугасных снарядов (первые буквы в индексе машины даны по фамилиям конструкторов: Гельперин и Балашов). В прежних машинах происходила разливка жидких ВВ. В машине ГБ-1 использован способ снаряжения сухим порохообразным веществом, которое засыпалось порциями и прессовалось (отсюда, по-видимому, пошел термин псевдоожижение). На потоке снаряды собирались на круговом конвейере.  С тех пор Н.И. Гельперин стал одним из ведущих специалистов в стране по химической технологии ВВ для снарядов и авиабомб.

18 февраля 1937 г. погиб наркомтяжпрома Г.К. Орджоникидзе[6], пытавшийся удержать Сталина, своего давнего друга, от развязывания массовых репрессий. По одной из версий, он застрелился после ссоры со Сталиным, поняв, что он будет сам на днях объявлен «врагом народа». Начался пик сталинско-ежовского террора, 1937─1938 годы. Репрессии нанесли удар по Наркомтяжпрому, который ранее прикрывал собой ОРрджоникидзе. Был арестован и затем погиб в лагере начальник Главазота (и Гельперина) Е.Л. Бродов. Та же судьба постигла главного инженера Главхимпрома Н.Ф. Юшкевича, который был близким другом Н.И. Гельперина. Нисон Ильич был уволен с поста главного инженера Главазота и ждал, что вот-вот появится Указ о лишении его ордена и затем последует арест. Последнее обстоятельство стóит пояснить отдельно как одну из особенностей довоенной эпохи.

В те годы в СССР орденами (их было всего пять) награждались немногие и только за большие реальные заслуги (совершенно не было награждений к юбилеям или к всенародным праздникам). В 1934 г. Н.И. Гельперин был награжден орденом Трудового Красного Знамени, орден имел номер 344. Орденоносец ─ было редким и очень почетным званием, приблизительно так же, как в следующие десятилетия стало со званием Героя Социалистического Труда, примерно такими же были и привилегии. Награжденные с гордостью носили свои ордена, привинченные к пиджаку, кителю, гимнастерке. Человеку вручалась «Орденская книжка», содержавшая «Общее Положение об орденах Союза ССР», на основании которого он пользовался большими льготами и привилегиями. Так, орденоносцам выплачивалась надбавка к зарплате: за орден Ленина 25 руб., за орден Красного Знамени ─ 20 руб., за ордена Трудового Красного Знамени и Красной Звезды ─ 15 руб., за орден «Знак Почета» ─ 10 руб. в месяц. Один раз в год полагался бесплатный проезд по железной дороге и постоянно ─ бесплатный проезд в трамвае (тогда разовая поездка стоила 5 коп). Награжденные орденами освобождались от подоходного налога, имели скидки в оплате жилья. В случае смерти орденоносца его семья имела право на повышенное денежное содержание. Вероятно, именно из-за этого последнего пункта было запрещено арестовывать орденоносцев: возникало формальное противоречие: допустим, человека расстреляли как врага народа, а семья продолжала бы пользоваться льготами в силу того, что глава семьи был орденоносцем. Поэтому в отношении намеченных к арестам вначале издавался Указ ЦИКа (Президиума Верховного Совета) СССР о лишении их орденов. Со времени войны это Положение об орденах перестало действовать.

Как нам рассказал сын Нисона Ильича Г.Н. Гельперин, в эти годы во многих семьях, ожидавших арестов, были подготовлены «детские чемоданчики», для того чтобы  после ареста родителей у их детей, направляемых в детский дом, были вещи первой необходимости. Такой чемоданчик был собран и для Генриха, но, к счастью, он не понадобился. Возможно, спасла чистая случайность: арестовывали не всех. Возможно, сыграло роль то, что Гельперин в это время работал по оружейному направлению, со снарядами и взрывчатыми веществами (машина ГБ-1).

Г.Н. Гельперин рассказал нам о некоторых эпизодах, характеризующих Нисона Ильича не только как специалиста, но и как личность, и мы их здесь перескажем. В середине 1930-х гг.  Н.И. Гельперина готовили для поездки в гитлеровскую Германию с целью, как прямо написано в многотиражке, «научно-производственного шпионажа».

«Иностранцы охотно показывают свои достижения с целью продажи на них лицензий. Немцы, которые на тот период были первыми в области химического машиностроения, также приглашали представителей нашей страны. С.Орджоникидзе выбирал самых ответственных и квалифицированных специалистов и посылал их за границу, чтобы они смотрели, изучали, брали проспекты, а по возвращении по памяти воспроизводили увиденное. Так что нашей стране можно было обойтись без покупки лицензий и сэкономить валюту. Н.И. Гельперина так посылали за рубеж несколько раз. Но потом предупредили, что подобная практика небезопасна для его судьбы. Действительно, во время очередной командировки, уже на выезде из Германии перед самой отправкой поезда с пограничной станции в купе вошла группа офицеров СС и предложила Н.И. Гельперину взять вещи и выйти. Однако в Москве заранее предполагали возможность такого хода событий и Н.И. был соответствующе проинструктирован. Орджоникидзе предложил ему такой вариант: “Если тебя попытаются задержать, ты им скажи, что сейчас в Москве находятся десять ваших специалистов, и они не вернутся в Германию”. Что отец и сделал. Офицер на некоторое время удалился, видимо, посоветоваться, потом вернулся в купе и сказал “Извините за задержку”. После чего поезд пропустили. Это, конечно, была последняя командировка».

На эту же тему в статье М.К. Захарова и Г.Л. Носова говорится следующее. «Приехали на завод холодильных машин. Немцы не очень скрывают от Н.И. Гельперина конструкции аппаратов и их чертежи - выносить их не дают, а на память ─ что схватишь? Но Нисон Ильич приходит в гостиницу и по памяти (она у него была уникальная!) воспроизводит чертежи (с размерами деталей). В Москве это помогает сэкономить время при создании советских холодильных установок. После этого в Германии Н.И. Гельперина объявляют русским промышленным шпионом. (Нисон Ильич очень гордился, что в этом списке он значился под № 1)».

А вот еще один случай, характеризующий твердость характера и находчивость Н.И., рассказанный его сыном. Он произошел опять-таки в гитлеровской  Германии, в середине 1930-х гг. (в несколько других словах он пересказан и в статье [Захаров, Носов, 2007]).

«После того как Н.И. получил задание разработать и внедрить технологию получения кислорода и аргона, он был командирован на немецкую фирму, в которой работал известный инженер-криогенщик Линде. Тот встретил Гельперина на вокзале с машиной. На ней был почему-то прикреплен флажок, отображающий новый государственный флаг Германии со свастикой. Гельперин сказал Линде, что не может сесть в машину со свастикой. Наверняка этот момент не мог быть предусмотрен заранее и Гельперина никто не инструктировал, как вести себя в подобном случае.

─ Вы коммунист? ─ спросил Линде.

─ Нет, я не член коммунистической партии, ─ ответил Гельперин. ─ Просто я сам решил, что не могу ехать под свастикой.

─ Но ведь это государственная символика, ─ возразил Линде.

 ─ А я не дипломат, ─ ответил Гельперин. ─ Для меня их протокол необязателен.

Тогда Линде подошел к радиатору и снял флажок. И они поехали».

Широты натуры и смелость Н.И. Гельперина проявились в следующей жизненной коллизии, о которой сообщает его сын.

«Он был человеком прямым, смелым, порой жестким, но отзывчивым. Вот пример. Наш сосед, живший напротив, Петр Иванович Перховович, был во время НЭПа одним из видных деятелей кооперативного движения в стране. Он широко развернул деятельность, показал, как надо вести хозяйство. За это его потом посадили. Семья стала бедствовать. И тогда отец начал ежемесячно помогать им деньгами. Так продолжалось до тех пор, пока П.И. не выпустили через несколько месяцев».

Один из ветеранов-химиков из НИФХИ, Г. Браз, вспоминает, что когда Н.И. приезжал на завод, вызванный на аварию, то сразу надевал халат и решительно шел в эпицентр аварии. За ним шли остальные.

Незадолго перед войной было организовано конструкторское бюро авиационных бомб КБ-35. После начала войны, 6 августа 1941 г. приказом № 227/к наркома боеприпасов Н.Н. Горемыкина Н.И. Гельперин утверждается начальником Конструкторского бюро № 35, которое занимается созданием новых видов авиабомб. Наркомат искал возможности замены стальных корпусов бомб другими, менее дефицитными материалами. Ранее считалось, что без оболочки с высокой прочностью, такой, как сталь, не будет достаточного фугасного эффекта, т.е. нельзя создать мощную ударную волну взрыва. Поэтому корпуса делали цельноковаными, с толстыми стенками. Вес взрывчатого вещества составлял лишь около трети от общего веса бомбы. Повышать мощность бомбы означало увеличивать ее вес, а он и так уже был предельным. Между тем всё более ощущалась необходимость в бомбе, которая могла бы одним ударом с воздуха уничтожить крупный военный объект ─ аэродром, завод, мощный бункер и т. д. Одновременное сбрасывание нескольких бомб среднего калибра не приводило к желаемому результату из-за асинхронности их взрывов и рассеяния ударных волн. Требовалось мощное одномоментное, сфокусированное воздействие на цель.

Несмотря на незыблемые каноны технологии фугасной бомбы, Н.И. Гельперин всё же решил испытать ударное действие бомбы с тонкостенной оболочкой. Он убедился, что ее взрыв почти столь же эффективен, что и бомбы с толстостенным стальным корпусом. Это было открытием. Тогда Н.И. предложил делать корпуса бомб из железобетона, что тоже было совершенно необычным решением.

Далее рассказ о новой бомбе продолжает сын Н.И. Гельперина Генрих Нисонович Гельперин. Приведем некоторые моменты неординарной биографии сына, тесно связанные с работой его отца. Г.Н. Гельперин 22 июня 1941 г., уже через час, после того как В.М. Молотов выступил по радио с сообщением о начале войны, Генрих Гельперин был в военкомате и просил взять его заявление о направлении на фронт. Но дежурный офицер сказал: «Тебе только 15 лет <Генрих родился в октябре 1926>.Учись. Исполнится 17, тогда придешь». Так оно и вышло. Юноша получал образованием по вечерам, посещая экстернат. Днем он трудился в КБ-35 у отца на должности чертежника-конструктора. Лично делал все чертежи знаменитой 5-тонной бомбы, потому и помнит их детали до сих пор. В 1943 г., во время испытаний этой бомбы на полигоне, он однажды неосторожно высунулся из траншеи, и ударная волна повредила ему зрение. Летом 1943 г. Генрих подал заявление в летную школу, мечтал стать пилотом. В школу его приняли, но в летчики не взяли по зрению. Он стал техником-испытателем. Испытывал пикировщики. В 1945 поступил в МАИ на факультет вооружений. Окончил его в 1951. С 1951 ─ в КБ-16 у А.Э. Нудельмана (дважды Героя Социалистического Труда, главного конструктора противотанковых управляемых и зенитных реактивных снарядов), затем в Научно-испытательном институте специальных служб ВВС, в п. Чкаловский. Г.Н. Гельперин ─ доктор технических наук, профессор, член Президиума Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского. Он рассказал нам подробнее о сверхтяжелой бомбе. Поскольку эта бомба была наиболее мощной из бомб с химическим ВВ и непосредственно предшествовала созданию атомной бомбы, то будет небезынтересно сообщить здесь о некоторых ее свойствах.

«Бомба представляла собой конструкцию, включающую в себя металлическую головную часть и металлический конический хвостовик, между которыми натягивался проволочный каркас. Всё это помещалось в форму и заливалось цементом. Фугасный эффект был ненамного хуже, чем у цельнокованых. После испытаний эти бомбы приняли на вооружение. Они имели следующее обозначение: ФАБ (фугасная авиабомба), масса в кг (100, 250, 500, 1000, 2000) и дальше шел индекс НГ (Нисон Гельперин). И всё же железобетонные бомбы не пошли на поток. Чтобы не расстраивать всю ранее налаженную технологию, перешли на производство тонкостенных сварных бомб. Такими бомбами наша армия пользовалась всю войну.

А дальше отец понял, что можно сделать гораздо более мощную бомбу. Я тоже был непосредственно задействован в ее создании и испытании в 1943 году. Бомбу изготовили в КБ-35, а испытали в авиаполку (командир ─ полковник Абрамов) 45-й дивизии авиации дальнего действия (АДД, командир ─ генерал В.И. Лебедев). 5-тонная бомба была поднята в воздух и сброшена на Софринском полигоне недалеко от Москвы. Эффект был потрясающий. Диаметр бомбы был 1,2 м, длина около 6 м. У нее было восемь взрывателей: два осевых (головной и донный пневмовзрыватели) и шесть в радиальных каналах. Эти каналы соединяли между собой все взрыватели и были наполнены мощнейшим ВВ ─ тетрилом. Бомбу нес самый тяжелый бомбардировщик того времени Пе-8 (в АДД у него было обозначение ТБ-7). Но даже его габаритов не хватало для нормального размещения бомбы. Бомбоотсек позволял разместить пятитонку по длине, но по диаметру она не помещалась. Поэтому ТБ-7 летал на бмбежку с полуоткрытыми бомболюками. Отец больше всего боялся, что бомбу раскидает по частям при взрыве, что не даст должного эффекта. Но этого не случилось. Первая бомба сработала, как надо. Вторая бомба была испытана в лесистой местности. В радиусе 750 м было снесено свыше 650 деревьев, причем считали лишь деревья диаметром не менее 25 см. Впервые бомба была опробована в боевых условиях в 1943 г., когда ее сбросили на береговые укрепления у Кенигсберга. На тот момент продвижение наших войск приостановилось на одном из флангов. После того как сбросили около десяти пятитонок, наступление успешно продолжилось. В дальнейшем отец применил полученный опыт использования цемента для модернизации противотанковых бомб. Это было важно по экономическим соображениям, так как не хватало металла. До создания атомной бомбы бомба Гельперина оставалась самой мощной в мире».

После успешного испытания и накопления боевого опыта с 5-тонной бомбой перед КБ-35 поставили следующую задачу ─ сделать сверхмощную управляемую бомбу. Ее решили создать на основе самолета-снаряда. В этой работе также участвовал Г.Н. Гельперин. Он говорит, что, в отличие от немецкой ФАУ-1 (а затем ФАУ-2), у нас не смогли обеспечить надежное дистанционное управление самолетом-снарядом. Наша схема состояла в использовании двух самолетов. Бомбардировщик ТБ-3 начиняли взрывчаткой (6,5 тонн аматола) ─ внутри корпуса самолета собирали «бомбу» из отдельных цилиндрических отсеков. В ТБ-3 садился летчик и вел самолет на цель. Его сопровождал второй самолет с радиоуправлением. Не долетая какое-то расстояние до цели, летчик из ТБ-3 выбрасывался с парашютом. На заключительной стадии самолет с бомбой должен был вести на цель по радио самолет сопровождения. Однако при первом же испытании этой схемы самолет сопровождения потерял самолет-бомбу в облачности. Бомба в цель не попала. На этом проект закрыли.

В 1939 г. за совокупность научных работ и результатов инженерной деятельности Н.И. Гельперину присуждается ученая степень доктора технических наук (без защиты диссертации). В 1941 г. Н.И. Гельперин преподает в Институте повышения квалификации инженеров химической промышленности. После начала Великой Отечественной войны КБ-35, в котором работал Н.И. Гельперин, было переведено в Ташкент. Там Н.И. стал одновременно преподавать в Среднеазиатском индустриальном институте. Во второй половине 1942 г. он вернулся в Москву и с ноября 1942 г. возглавил кафедру процессов и аппаратов МИТХТ. Отметим, что Н.И. Гельперин не был членом партии. До войны процент членов партии был на порядок меньше, чем в 1960─1970-е гг. В 1930-е гг. хорошему специалисту совсем необязательно было вступать партию, чтобы занять руководящий пост, например, начальника главка или директора института.

Н.И. Гельперин был из породы трудоголиков. Его племянник Е.И. Гельперин вспоминает, что когда он приходил к дяде в гости, то его столы в кабинете и гостиной комнате были всегда завалены бумагами и книгами. Дядя все время работал. Он вставал из-за стола, встречал гостей, стол убирался, все садились обедать. Н.И. во время застолий часто бывал тамадой, предпочитал Хванчкару. Когда гости уходили, он снова садился за бумаги.

После войны

Как известно, до начала рывка, который был сделан у нас в 1960-е гг. под лозунгом «химизации страны» и «Большой химии», в СССР было довольно слабое производство пластмасс и изделий из них. Советская химия полимеров также заметно отставала от мирового уровня. Но в 1960-е гг. государство вложило огромные средства в эту отрасль народного хозяйства, наша наука о полимерах стала также бурно развиваться. Сотрудники и аспиранты  Н.И. Гельперина постоянно представляли ему свои новые идеи и разработки. Наряду со свободным владением немецким языком Н.И. Гельперин неплохо знал и английский. Но его ученики отличались в этом от своего руководителя и обычно неважно знали о зарубежных публикациях. Сказывалось и их недооценка значения отслеживания мировой научной литературы. Нередко это обнаруживалось неоднократно у научных сотрудников, когда они приносили шефу свои результаты. Тогда Н.И. задавал саркастический вопрос: «Ну, какой следующий американский полимер Вы впервые открыли?»

С приходом Н.И. Гельперина в МИТХТ на его кафедре ПАХТ разворачиваются теоретические и экспериментальные исследования процессов теплообмена при кипении жидкостей, выпаривания, дистилляции и ректификации, жидкостной экстракции, адсорбции, сушки, кристаллизации, сублимации и десублимации, изучаются явления и процессы в псеквдоожиженном слое, в жидкостных пленках. Под научным и инженерно-конструкторским руководством Н.И. проводятся работы не только в МИТХТ, но и в ряде других вузов, НИИ и проектных институтов. Результаты научных и опытно-конструкторских работ, выполненных коллективами с участием и под руководством Н.И. Гельперина, были внедрены при создании многих промышленных установок. Н.И. Гельперин внес выдающийся вклад к развитие науки химико-технологических процессов, в организацию и становление высшего химического образования в стране. Он создал мощную научно-педагогическую школу, ядром которой являлась возглавляемая им кафедра процессов и аппаратов химической технологии в МИТХТ им. М.В. Ломоносова. Н.И. Гельперин был блестящим лектором. Студенты  заранее занимали места в аудитории, которая к началу его лекции набивалась до отказа (в одной аудитории было 250, а  в другой 200 мест).

В качестве иллюстрации самокритичного стиля научно-педагогической работы Н.И. Гельперина приведем цитату из статьи М.К. Захарова и Г.Л. Носова, в которой дан пересказ поучительной истории, которую им поведал профессор В.Г. Айнштейн, ученик Н.И. Гельперина.

«Нам в 60-х гг. удалось вскрыть широко распространенную в технологической литературе ошибку в представлении экспериментальных данных, связанную с неосознанной подменой задачи. Н:И. Гельперин делает сообщение об эmом в МИХМе ─ там собралось за 200 человек. Н.И. начинает с критики давней собственной работы, показывая абсурдность использованной методики обработки экспериментальных данных. А потом произносит: “Конечно, эта ошибка мне неприятна. Но сейчас вы увидите в какой блестящей компании я оказался!” И демонстрирует пла­каты с перечнем более 40 работ, содержащих ту же ошибку» [Захаров, Носов].

В другом вузе, МИХМе (ныне МГУИЭ) кафедра процессов и аппаратов химической технологии, созданная при Н.И. Гельперине, работала в дальнейшем под руководством профессоров И.А. Тищенко (с 1933) и Ю.Ю. Лауне (1938─1940), доцента Н.И. Ювенальева (1941), профессоров В.Н. Юнга (с 1942) и А.Н. Плановского (с 1952), академика А.М. Кутепова (с 1978), профессора Д.А. Баранова (с 2000, ныне он ─ ректор МГУИЭ). «За годы существования кафедрой подготовлено 180 кандидатов наук и 12 докторов наук, и это только из числа сотрудников вуза. Сотрудниками кафедры написаны 12 монографий, несколько учебников для высшей школы, в том числе: Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. – М.: Химия, 1960, 1987;, Кутепов А.М., Стюшин Н.Г., Стерман Л.С. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. – М.: Высшая школа, 1977, 1983, 1986; Кутепов А.М., Бондарева Т.И. Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. М.: Высшая школа, 1985, 1990; <2004>; Кутепов А.М. и др. (под ред В.И. Крутова). Теплотехника. – М.: Машиностроение, 1986. Некоторые из них переведены на иностранные языки, а учебное пособие «Гидродинамика и теплооюбен при парообразовании» удостоена в 1987 году премии им. И.И. Ползунова АН СССР» [Генералов, 2000. С. 162]. Кафедра продолжает дело и традиции, заложенные с момента ее основания при Н.И. Гельперине.

Н.И. Гельперин входил в состав НТС Минхимпрома СССР, был заместителем председателя научно-методического совета Минвуза СССР, членом ряда Ученых советов и спецсоветов различных вузов и НИИ, членом редколлегий журналов «Химическая промышленность» и «Химическое машиностроение». Тот факт, что Н.И. Гельперин внес выдающийся вклад в создание и развитие химической промышленности и химического машиностроения в СССР, предопределил включение его в ряд комиссий на высшем, государственном уровне. В основном это были комиссии по пуску химических предприятий, но, как уже говорилось, были и комиссии другого рода.

В 1945─1950 гг. с непосредственным участием Н.И. Гельперина впервые в стране было освоено промышленное производство антибиотиков (пенициллин и др.). В 1960─1985 гг. были созданы или модернизированы: установка многоступенчатой кристаллизации на Березниковском химкомбинате, экстракционные установки на Мончегорском комбинате, установка вакуумной ректификации синтетических душистых веществ (г. Калуга), ряд сушильных установок (г. Нижний Тагил, Московский завод медпрепаратов, Кусковский химзавод), установка для непрерывного нитрования хлоргидринстирола на .Перекопском заводе, установка обесфеноливания газовых выбросов на Кемеровском заводе «Карболит», установка для обезвоживания салицилата меди (Ленинградский завод «Красный химик»), установка для разделения углеводородных газов на Бакинском газоразделительном  заводе мощностью 2,4 млн м³/сутки. На Волжском заводе «Оргсинтез» было создано непрерывное производство ксантогенатов (1971─1973). В Узбекской ССР были пущены установки для химического протравливания семян хлопчатника и очистки воздуха от пыли на хлопко-перерабатывающих предприятиях (1976). Были разработаны процессы разделения изомеров дихлорбензола для Днепродзержинского ПО «Азот» (1980─1984). Был разработан и внедрен процесс получения чистого йода методами десублимации и фракционного плавления в серной кислоте (г. Баку). Была создана установка для очистки газовых выбросов от фенола и формальдегида на Апрелевском заводе минеральной ваты и реактор для получения хлорида цинка на Кемеровском заводе Минхимпрома. Кроме того, были испытаны в опытно-промышленных масштабах технологии и установки: для извлечения антибиотиков ионитами; дегазации крошки синтетического каучука; непрерывного сульфирования касторового масла, лаурилового спирта и др. (сведения из той же статьи М.К. Захарова и Г.Л. Носова).

Как рассказал профессор Г.Л. Носов, когда он стал работать на кафедре, с 1964 г. и далее,в МИТХТ не проводилось работ, связанных напрямую с оружейно-атомной тематикой, однако они велись ранее, в конце 1940-х и 1950-х гг. А позже на кафедре и в лабораториях Н.И. Гельперина велись исследования по ксантогенатам, сушке, сорбции и т.д. Еще позже выполняли задание космического ведомства: создавали датчики ориентирования космических аппаратов. Сигнал в датчиках создавался нагревом и расширением рабочего органического вещества под действием солнечных лучей, что позволяло точно сориентировать аппарат по Солнцу.

***

Теперь еще раз кратко остановимся на историческом «кислородном конфликте» в масштабе государства, в которой «на баррикаде» оказались П.Л. Капица с одной стороны и Н.И. Гельперин (а также И.П. Усюкин и С.Я. Герш) с другой стороны. В очерке о П.Л. Капице уже говорилось о ситуации, сложившейся в 1946 г. вокруг нового метода турбинного ожижения газов, им предложенного. Подборки документов и выборочное их цитирование историографами Капицы сформировали легенду о преследовании великого ученого «беспринципными и вредными людьми, не сделавшими ничего значительного, … любящими ловить рыбу в мутной воде».[7] При этом историческую легенду о «кислородном деле» формировала лишь одна сторона, тогда как со стороны инженеров-криогенщиков и химиков-технологов царило почти полное молчание, по крайней мере, в средствах массовой информации они не высказывались. В «кислородный конфликт» оказались вовлечены высшие лица государства: Л.П. Берия, Г.М. Маленков и даже И.В. Сталин, к которому напрямую неоднократно обращался П.Л. Капица. Его письма с жалобами на инженеров-противников могли нанести большой вред Н.И. Гельперину и его коллегам, однако, к счастью, в этом случае Капицу не послушали.

Весной 1946 г. Сталин распорядился создать правительственную комиссию во главе с зампредседателя Госплана СССР М.З. Сабуровым для решения вопроса о целесообразности перевода промышленности по производству кислорода на турбодетандеры Капицы. Этот вопрос государственной важности ставил П.Л. Капица как начальник Главкислорода (до августа 1946 г.). Однако первые решения комиссии весной 1946 г.  не смогли привести к компромиссу Капицу и противников внедрения его метода. П.Л. Капица продолжал писать Сталину о своем несогласии с действиями комиссии Сабурова. Очевидно, Сталину все это надоело, он распорядился быстро прийти к определенному решению и подписал распоряжение о введении в комиссию трех новых инженеров ─ технологов и криогенщиков, имевших большой авторитет в стране. Этими инженерами-профессорами были двое михмовцев, Н.И. Гельперин и И.А. Усюкин, и бауманец С.Я. Герш. Комиссия приняла решение, неблагоприятное для метода Капицы. Его турбодетандеры низкого давления на тот момент времени проигрывали в ряде ключевых технико-экономических показателей в сравнении с классическими аппаратами высокого давления, которые давно работали в промышленности. КПД тех и других различался несильно. Турбодетандер мог повысить КПД при увеличении числа оборотов до 20 000 в минуту и выше. Однако для этого нужны были особо прочные материалы для ротора и лопаток. Увеличение массы ротора приводило к резонансам при повышении  оборотов, и ротор мгновенно разрушался. Высочайшие требования на допуски и посадки могли быть выполнены при монтаже лабораторной и опытной установок, но были нереальны в 1946 г. при выпуске серийной промышленной установки. Только огромная работа на протяжении последующих 15─20 лет нескольких коллективов «довела до ума» турбодетандер Капицы. В стране создали новые прочные сплавы и композиты, научились делать высокооборотные центрифуги. Это позволило повысить КПД турбодетандера до 0,8─0,85. Ныне машины с циклом Капицы нашли свое место в производстве кислорода, гелия, аргона и др. газов. Они используются на космодромах для получения больших масс жидкого кислорода как окислителя ракетного топлива. Таким образом, в 1946 г. принцип машины Капицы опередил свое время. В физическом отношении, в лабораторном исполнении удалось сделать прекрасную машину. В инженерно-промышленном отношении ее рано было ставить на поток. Автору очерка это объяснили недавно в бывшем МИХМе (ныне Московский госуниверситет инженерной экологии) профессор Н.В. Филин, бывший генеральный конструктор НПО «Криогенмаш» [Филин, 2006. С. 14], ученые и инженеры факультета техники и физики низких температур.

Имелись и общегосударственные причины. Страна только что вышла из страшной опустошительной войны. Нужно было найти силы и средства для восстановления разрушенного народного хозяйства. Между тем, самым важным делом в 1946 г. стал Атомный проект, в который были брошены лучшие силы ученых, инженеров, конструкторов, институтов и промышленных предприятий. Очевидно, что комиссия и Сталин исходили из такой суммарной оценки. Проект Капицы был отклонен. Поскольку Капица не согласился с этим решением, его просьба об отставке была удовлетворена Сталиным (постановлением СМ СССР от 17 августа 1946). Руководить Главкислородом были поставлены оппоненты Капицы, в его коллегию вошли, в частности, Н.И. Гельперин, С.Я. Герш и И.П. Усюкин.

На вопросы автора, заданные сыну Н.И. Гельперина, не рассказывал ли дома Нисон Ильич каких-нибудь деталей о своем участии в указанной правительственной комиссии, удалось узнать очень немного. Что понятно, поскольку все эти дела были государственной тайной, и документы проходили под грифом секретности Воспроизводим подлинник одного из них. Это выписка из Постановления Совета Министров СССР от 17 августа 1946 г. о новом составе Технического совета Главкислорода, подписанное Сталиным. Этим постановлением П.Л. Капица был снят с должности Председателя Главкислорода, выведен из состава Техсовета, в который ввели ряд новых специалистов, в т.ч. Н.И. Гельперина. Приводимая здесь выписка из постановления была послана ему на работу в МИТХТ. Когда автор книги задал вопрос Г.Н. Гельперину об отношении Н.И. к Капице, то в ответ было сказано так: «Хорошо помню, как однажды отец произнес такие слова: “Капица ─ хороший физик, но совсем не такой инженер.” Далее, отец говорил мне, что Капица написал много писем И.В. Сталину, В.М. Молотову и Г.М. Маленкову, в которых жаловался на своих противников, и много людей от этого пострадало». На вопрос, отвечал ли отец ответными жалобами на письма Капицы, хотя бы на те, в которых содержались совершенно несправедливые и даже оскорбительные выражения по адресу самого Н.И. и его коллег, С.Я. Герша и И.П. Усюкина, ответ был категоричен: «Отец не написал ни одной жалобы ни на кого». Тем не менее, в конце нашей беседы  Г.Н. Гельперин сказал, что много лет спустя вроде бы появились признаки примирения между его отцом и П.Л. Капицей.

Об участии Н.И. Гельперина в Атомном проекте

Продолжая оставаться на штатной преподавательской работе в МИТХТ, Н.И. Гельперин с осени 1945 г. принимает участие в форсированном этапе атомных работ, в рамках только что созданных Спецкомитета при СНК (Совмине) СССР и Первого главного управления при СНК (СМ) СССР [8]. По прошествии 60 лет удалось лишь фрагментарно установить, что именно делал Н.И. Гельперин в этом особо секретном проекте по разработке и производству ядерного оружия. В рассекреченных документах серии книг «Атомный проект СССР» Н.И. Гельперин упоминается несколько раз в протоколах Технического совета Спецк