Несмотря на жуткие условия работы, к началу апреля 1949 года весь поступивший концентрат плутония был переработан в диоксид плутония. Но увы!
К моменту передачи двуокиси плутония в цех № 4 для восстановительной плавки проектное литейное оборудование ещё не было готово. Его где-то ещё изготавливали, а плавить-то надо было сегодня. К этому моменту в барак № 4 съехалось все московское руководство во главе с Ванниковым и Завенягиным. Между ними быстрым шагом ходили, а иногда и бегали, Музруков и Славский. Стараясь никому не мешать, как тени, скользили по цеху главные заинтересованные лица: Курчатов и приехавшие из Арзамаса-16 Харитон, Флёров, Зельдович.
Все вместе, большие руководители и знатные ученые, искали выход из создавшегося положения. Помогли рабочие цеха. Они в качестве плавильной печи приспособили случайно (на всякий случай!) привезенную вместе с другим оборудованием из НИИ-9 высоковакуумную установку. Она предназначалась вовсе не для вакуумной плавки плутония, а для напыления металлических покрытий на керамические изделия. Это нисколько не смущало умельцев. В ней находилась главная необходимая деталь — хороший вакуумный насос. Все остальное умельцы сообразили и доделали своими руками. Небольшие плавильные тигли изготовили тут же на месте. Правда, тренировочная плавка показала, что самодельный тигель треснул в донной части. Исследовать причину трещин времени не было. Но у рабочих был достойный ответ на претензии ученых. Они наготовили десятки аналогичных тиглей и предложили отбраковать их и выбрать самые хорошие экземпляры, которые не трескались при плавке.
14 апреля под наблюдением Займовского потомственный рабочий Олег Александрович Глушцов провел первую плавку плутония в самодельной чудо-печи. Сама установка была размещена в помещении лаборатории гамма-дефектоскопии, а отливку из литейной формы извлекли в соседней комнате, прямо на рабочем столе, покрытом фильтровальной бумагой. Первый образец металлического плутония оказался весом 8,7 граммов. Внешне он выглядел кособоким уродцем с многочисленными раковинами и шлаковыми включениями. Но он же был первым! Начальники любовались им, цокали, передавая из рук в руки.
Через полчаса в соседней комнате на обычном токарном станке из этой первой заготовки пожилой рабочий в очках, бывший стахановец, вырезал образец нужного размера и формы для нейтронно-физических исследований. Через несколько часов в образце появились трещины. Это нисколько не смутило Харитона, поскольку с растрескиванием хрупкой альфа-фазы плутония столкнулись ещё на установке У-5.
Сейчас главное было не это, не внешний вид, а нейтронный фон образца. Только он дал бы возможность определить чистоту и качество плутония, а вернее — процентное содержание в нем паразитного изотопа с атомным весом 240. Этот изотоп имеет период спонтанного деления намного меньше, чем плутоний-239, а следовательно, и повышенный нейтронный фон. Спонтанные, фоновые нейтроны — главная помеха мощному взрыву. Они могут снизить эффективность ядерного взрыва до нуля. Поэтому Харитон строго лимитировал в своих требованиях процентное содержание плутония-240: не более 1 %!
В настоящее время считается, что даже при пятипроцентном содержании изотопа 240 плутоний является оружейным, то есть годным для применения во взрывных устройствах. А при 2–3 % — плутоний считается сверхчистым.
Харитон и Курчатов перестраховывались. Тогда они сами многого ещё не знали…
Процент содержания изотопа 240 в первом полученном образце не зависел ни от химиков, ни от металлургов. Он определялся только временем выдержки и облучения урановых блочков в работающем котле. От момента загрузки до момента выгрузки. Какое оптимальное время перегрузочного цикла — три месяца или полгода? Тогда никто из советских ученых не рискнул бы назвать этот срок. Это и был тот главный вопрос, который Терлецкий должен был задать Бору во время разведывательной миссии в Копенгагене. Бор ответил принципиально неверно: «Что-то около недели».
Сейчас, после измерения нейтронного фона первого образца, Харитон и Курчатов ждали ответа на этот вопрос.
Замеры производил в нейтронно-физической лаборатории, в другом крыле барака, Георгий Флёров. Какой он получил результат, можно только догадываться. Известно только, что после проведенных измерений все ученые-физики: Курчатов, Харитон, Флёров и Зельдович — крепко пожали друг другу руки. Полученный плутоний по своим ядерным характеристикам для нормального взрыва годился!
Проблемой следующей недели был выбор материала легирования для получения и фиксирования дельта-фазы плутония, самой пластичной и мягкой.
Опыты проводились в той же самодельной печи, которая действовала безотказно. После исследования нескольких сплавов с разными добавками остановились на таком химическом элементе, как галлий.
В этой же печи в течение месяца был переплавлен и легирован по крупицам (8-10 г) весь объем двуокиси плутония, полученный после переработки всего полученного азотнокислого концентрата плутония в химическом цехе № 9.
Теперь предстояла задача из сотен небольших цилиндриков получить две большие плутониевые заготовки для изготовления из них бомбовых сердечников.
Обстановка в цехе благодаря возбуждению присутствующих высоких начальников накалилась до предела.
Из воспоминаний Н.И.Иванова, зам. начальника цеха № 4:
«Как правило, они не вмешивались в ход работы на рабочих местах непосредственно, но их присутствие ощущалось в той поразительной быстроте, с которой устранялись все возникавшие заторы в работе. Атмосфера в цехе в те дни была насыщена эмоциями, и в тех случаях, когда напряжение достигало предела, высшие руководители сами включались в работу».
Наступил момент большого Риска. Пока шли мелкие плавки, ошибка или отдельная авария, связанная с порчей ядерного материала, не представлялась бедой. Сейчас же предстояла операция объединения деталей. Авария на этом этапе могла закончиться настоящей катастрофой. Проектное литейное оборудование для этой конечной операции должно было подойти только осенью. Ожидать два-три месяца? Обращаться к Берия было бесполезно: он всегда уходил от принятия личных кардинальных решений. Слово было за Ванниковым. После двух перенесенных инфарктов Борис Львович почти не боялся третьего. Он решил проконсультироваться в узком кругу специалистов. Только Бочвар, Вольский и Займовский.
Рассматривали три варианта. Литейный отпадал сразу из-за отсутствия необходимого сложного оборудования. Прорабатывали второе предложение: формировать заготовки из порошка плутония, который можно было получить последовательными гидрированием (присоединением водорода) и дегидрированием металлического плутония. После некоторых колебаний работать с порошком отказались ввиду его крайней химической взрывоопасности.
Третий проектный вариант получения заготовок назывался так: «диффузионное сваривание кусков плутония под давлением в высоком вакууме».
Этот метод был разработан для обычных металлов на московском комбинате твердых сплавов специалистом по обработке металлов давлением А.Г.Самойловым.
Установка для горячего прессования металлов под вакуумом была привезена на комбинат из НИИ-9 вместе с изобретателем самого метода. Спросили у самого Самойлова: берется? Андрей Григорьевич задумался.
Борис Львович обещал орден Ленина, если успешно справится, или долгую совместную тюрьму — если все запорет.
Самойлов решился.
Первый опыт сваривания под давлением решили провести пробно на кусках алюминия. При извлечении из пресс-формы спрессованная деталь, аналогичная по размерам плутониевому сердечнику, развалилась на части.
Ванников и Завенягин посматривали на Самойлова подозрительно.
— Чувствую, что я его засажу, и надолго, — поделился Борис Львович своими смутными ощущениями в узком кругу.
Сам же изобретатель нисколько не унывал, искренне полагая, что в неудачном опыте повинен не метод, а качество пресс-формы.
— Надо её переделать, — подытожил Самойлов.
— Переделывай, — согласился Ванников.
— Нужно изготовить новые чертежи, — сокрушался Самойлов.
— Черти, — советовал Ванников, — пока не поздно!
Андрей Григорьевич почесал за ухом.
— За двое суток, наверное, справимся…
— Хорошо, — резюмировал Ванников, — двое суток! И от меня лично ещё дополнительно два часа. На сон.
Вместе с конструкторами Мыськовым и Пойдо уложились в сорок часов. Но при детальном рассмотрении чертежей всем стало понятно, что изготовить подобную пресс-форму на месте, подручными средствами, не удастся. На помощь пришел Музруков. Он позвонил в Горький старому другу, одному из директоров оборонных заводов.
