Начало ядерной эры - 25 декабря
Более 70 лет прошло после пуска первого отечественного ядерного реактора Ф-1, созданного для реализации советского атомного проекта.
Реактор, построенный в Москве на территории Лаборатории №2 Академии наук СССР (ныне Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"), дал начало созданию многих мирных ядерных направлений, в которых Россия сейчас занимает лидирующие позиции. Создание и пуск реактора Ф-1 в тяжелейших для страны послевоенных условиях – это демонстрация своевременности принятия руководством государства стратегически правильных решений того времени.
"Пуск Ф-1 стал и отправной точкой для очень быстрого, стремительного развития атомной науки и техники, атомной промышленности страны", — говорили ученые всего мира.
Как все начиналось
Датой начала советского атомного проекта считается 28 сентября 1942 года, когда было подписано постановление Государственного комитета обороны "Об организации работ по урану". Документом предписывалось возобновить в Советском Союзе работы по исследованию возможности использования атомной энергии.
В феврале 1943 года вышло постановление ГКО об организации работ по использованию атомной энергии в военных целях. Научным руководителем советского атомного проекта был назначен один из основоположников физики атомного ядра в СССР, профессор Ленинградского физико-технического института Игорь Курчатов.
В апреле того же года было подписано распоряжение по Академии наук СССР о создании под руководством Курчатова Лаборатории №2 АН СССР. Лаборатории выделили большой участок земли площадью 120 гектаров в столичном районе Покровского-Стрешнева — в то время это была северо-западная окраина Москвы.
В качестве ядерной "взрывчатки" в атомной бомбе можно использовать плутоний-239, нарабатываемый в ядерных реакторах путем облучения урана, или оружейный обогащенный уран-235.
Курчатов понимал, что быстрее и дешевле сделать первую советскую атомную бомбу с начинкой из плутония. А фактор времени был решающим – после того, как США в августе 1945 года подвергли атомной бомбардировке японские города Хиросиму и Нагасаки, стало ясно, что над Советским Союзом, только что пережившим страшную войну, нависла новая, по существу смертельная угроза. Требовалось ликвидировать монополию США на обладание атомным оружием и тем самым предотвратить возможность одностороннего военного конфликта с его безнаказанным применением, тем более что Вашингтон разработал планы атомного удара по СССР.
"Физический первый"
Но для того, чтобы строить свой первый реактор-наработчик оружейного плутония, надо было создать и пустить относительно небольшой экспериментальный реактор, или, как он тогда назывался, котел – прототип будущих промышленных реакторов.
Именно на территории Лаборатории №2 было решено построить такой уран-графитовый ядерный реактор, получивший индекс Ф-1 ("физический первый"). С учетом тяжелейших условий послевоенных лет это была задача огромной трудности.
Во-первых, опыта проектирования и строительства ядерного реактора у советских ученых и инженеров не было. Для реактора требовались уран, графит, новые конструкционные материалы. К ним предъявлялись неслыханные до того требования по качеству и чистоте, так как малейшие примеси поглощают нейтроны и цепная ядерная реакция в реакторе попросту обрывалась бы. Во-вторых, для строительства первого реактора надо было разработать математическую модель его конструкции, создать необходимые методы расчетов.
Работы велись одновременно по многим направлениям. К ним были привлечены многие академические и ведомственные научно-исследовательские и проектные институты, а также несколько заводов. В частности, урановые блочки (небольшие по размеру цилиндры из металлического урана) выпускались на заводе №12 в Электростали (сейчас это предприятие госкорпорации "Росатом" "Машиностроительный завод").
Урана, которого требовались сотни тонн, в СССР тогда практически не было. Из Германии вывезли найденные там остатки немецкого урана и его руды (основная его доля досталась американцам). По всему Советскому Союзу организовали геологические экспедиции для поиска месторождений урана, рудники появились в Средней Азии и на Украине.
Для реактора Ф-1 под руководством знаменитого советского архитектора Алексея Щусева проектировалось особое здание, с целью сохранения секретности получившее название "Монтажные мастерские". Поскольку ученые понимали, что от реактора во время его работы будет идти сильное радиоактивное излучение, большую часть здания решили разместить ниже уровня земли. Здание с шахтой для реактора глубиной 10 метров, надежной биологической защитой, приборами внутреннего и внешнего дозиметрического контроля, дистанционным управлением реактором закончили строить летом 1946 года.
Сборка реактора велась чрезвычайно тщательно, так как даже малейшая погрешность могла серьезно повлиять на его работу. Активная зона реактора сооружалась из графитовых блоков, в которых было просверлено около 30 тысяч отверстий для урановых блочков. Полная структура реактора выглядела как кубическая решетка урана, погруженная в графитовую сферу диаметром шесть метров.
Общий вес графитовой кладки в реакторе составлял более 400 тонн, а урана — почти 50 тонн. Сборку реактора Ф-1 вели горизонтальными слоями, начиная со дна шахты.
Сборка началась в середине ноября 1946 года. По предварительным расчетам, для того чтобы достичь рабочего (на языке атомщиков – критического) состояния реактора, требовалось выложить около 70 слоев графитовых блоков, в которые вставляли урановые цилиндрики. Но ученые понимали опасность слепого доверия к расчетным данным, так как цепная реакция могла развиться и раньше планируемого времени.
Поэтому сборку вели очень осторожно, постоянно наблюдая за уровнем нейтронного потока внутри уран-графитовой конструкции. Начиная с 38-го слоя каждый следующий слой укладывали только при опущенных в активную зону реактора стержнях аварийной защиты, назначение которых — поглощать нейтроны и тем самым гасить цепную реакцию. Затем стержни аккуратно поднимали и замеряли уровень потока нейтронов. Далее стержни вновь опускали, а сборку продолжали. Как вспоминали участники тех работ, после 50-го слоя Курчатов практически не выходил из здания реактора.
Новые расчеты предсказывали, что цепная реакция начнется на 61-м слое, он был собран к вечеру 24 декабря. Курчатов попытался начать пуск, но приборы показали, что надо все-таки класть еще один слой графита.
Его выкладка закончилась днем 25 декабря. Перед тем как поднять аварийные стержни, еще раз тщательно проверили все системы безопасности. Курчатов приказал всем, кто не имел непосредственного отношения к пуску, на всякий случай покинуть здание, а сам сел за пульт управления реактором.
Пуск велся с предельной осторожностью. Нарастание мощности реактора фиксировалось приборами и "щелкуном"–громкоговорителем, с которым были соединены счетчики нейтронного потока. Сначала раздались отдельные щелчки, потом их стало больше и больше, и наконец, дробь в громкоговорителях превратилась в сплошной гул. А лично проведенные Курчатовым расчеты показывали, что впервые на Евроазиатском континенте осуществлена управляемая самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Это произошло в 18 часов 25 декабря.
Таким образом, стало ясно, что советские ученые успешно решили задачу проектирования, строительства, пуска и управления работой ядерного реактора. Тем самым открылась возможность для создания "оружейных" реакторов, а также установок для использования атомной энергии в мирных целях. "Атомная энергия теперь подчинена воле советского человека", — сказал тогда Курчатов.