РЕАКТОР Ф-1 БУВ І ЗАЛИШАЄТЬСЯ ПЕРШИМ
"Дідусь" вітчизняних ядерних реакторів, знаменитий перший фізичний реактор Ф-1, який отримав статус пам'ятника науки і техніки, справно працює з дня першого пуску вже більше 60 років. Частинки його "атомного вогню" були і в активній зоні першої в світі АЕС в Обнінську (1954), і в "ядерному серце" першої вітчизняної підводного човна (1958) і першого атомного криголама (1959). Тим часом історія створення Ф-1 сповнена драматичних подій і пов'язана з іменами видатних вчених, які розробляли першу в СРСР атомну бомбу. Про події того часу розповідає ветеран вітчизняного реакторобудування Іван Іванович Ларін.
Як ядерної вибухівки можна було використовувати ізотоп урану-235 або практично відсутній в природі елемент плутоній. Цей елемент був знайдений в продуктах опромінення нейтронами урану-238. Уран-235 виділяли з природної суміші ізотопів за допомогою сепарації, а плутоній отримували в спеціальних пристроях, які тоді називали атомними котлами (термін "ядерний реактор" стали застосовувати з 1955 року). В котлі протікає ланцюгова реакція поділу урану-235 з вивільненням великої кількості теплоти, яку зараз використовують на атомних електростанціях. Плутоній же на АЕС стає, по суті, побічним продуктом.
Курчатов розумів, що швидше і дешевше зробити атомну бомбу з плутонієвої начинкою. Значить, необхідний котел, в якому напрацьовувався б збройовий плутоній.
Не обійшлося і без сутичок ідей і характерів, адже проект очолювали молоді, амбітні вчені, які не бажали поступатися своїми науковими уподобаннями. Так, відомий фізик-ядерник академік А. І. Алиханов, спочатку працював в Лабораторії № 2, пропонував використовувати як сповільнювач нейтронів важку воду, яка практично не поглинала їх. І. В. Курчатов збирався скористатися американським досвідом і побудувати котел зі сповільнювачем з графіту, аргументуючи свою позицію, зокрема тим, що уран-графітовий котел обійдеться дешевше і часу на його створення знадобиться менше.
У науковій полеміці ніхто не хотів поступатися, і Курчатов змушений був скористатися своїм вищим службовим становищем. За спогадами глави Міністерства середнього машинобудування, який курирував атомну галузь, Е. П. Славського, на одній з нарад Курчатов заявив: або Лабораторія № 2 розробляє уран-графітовий котел, або він відмовляється від керівництва проектом. Вищі керівники держави взяли точку зору Курчатова. До слова, атомний котел на важкій воді побудували в 1949 році в теплотехнічних лабораторії (нині - Інститут теоретичної та експериментальної фізики ім. А. І. Алиханова), куди перейшов А. І. Алиханов. Атомний котел цього типу також зіграв важливу роль в створенні ядерної зброї: в ньому напрацьовували тритій для водневої бомби.
Досвіду спорудження пристроїв, подібних атомному котла, у радянських вчених і інженерів не було. Все робилося в перший раз. Для котла необхідні були уран, графіт, нові конструкційні матеріали. До всіх компонентів пред'являлися нечувані для того часу вимоги по хімічній чистоті, так як найменші домішки поглинали нейтрони і ланцюгова реакція зривалася.
Теорію і методики розрахунку треба було розробляти на ходу, тому відразу братися за будівництво котла для вироблення плутонію в кількостях, достатніх для створення бомби, було б несерйозно. Вирішили спочатку побудувати невеликий казан - прототип майбутніх промислових реакторів.
Робота пішла в усіх напрямках одночасно. До оперативному вирішенню виникали завдань було залучено багато академічних і відомчі науково-дослідні і проектні інститути (серед них московські Інститут фізичних проблем, Фізичний інститут, Інститут фізичної хімії, Інститут рідкісних металів, НДІ графіту), а також кілька заводів, зокрема завод № 12 в Електросталі, де були відповідні плавильні печі.
АКАДЕМПРОЕКТ, який очолював відомий архітектор А. В. Щусєв, було доручено спроектувати будівлю для атомного котла. Фізики очікували, що від котла буде сильне випромінювання, тому більшу частину будівлі вирішили розташувати нижче рівня землі. До зведення споруди приступили на початку 1946 року, для чого залучили будівельні частини МВС.
Урану, якого були потрібні сотні тонн, в країні практично не було, і його збирали буквально по грамах. З окупованої Німеччини вивезли знайдені там залишки урану і його руди (основна маса дісталася американцям). Терміново по всій країні були організовані у геологічних експедиціях для пошуку родовищ урану. Рудники з'явилися в Узбекистані, Таджикистані, Киргизії, на Україні. Руду з гірських районів Середньої Азії до залізниці часто доставляли на віслюках.
З металевого урану на заводі в Електросталі почали виробляти блочки - циліндри діаметром 32 мм і довжиною 100 мм. У розробці технології брали участь німецькі фахівці. Згодом одному з них, Н. Рілю, присвоїли звання Героя Соціалістичної Праці.
Будівля для атомного котла, з міркувань секретності, називали в документах і в побуті "монтажними майстернями". Взагалі, всі документи, пов'язані з Атомним проектом, йшли під грифами "цілком таємно", "особлива папка". Застосовувалася і особлива система шифровки: так, котел називали "електролізером", замість слова "уран" писали "кремній" і т. Д. Люди під час вступу до Лабораторію № 2 проходили багатомісячні перевірки і підписували зобов'язання про суворе збереження таємниці.
Так як теорія процесів, що протікають в котлі, не мала експериментальних підтверджень, І. В. Курчатов вирішив просуватися до розрахункового діаметру котла, що складало близько 6 м, кроками, почавши з невеликої моделі. Перша уран-графітовий сферична збірка мала діаметр 1,8 м, а передостання, четверта - 5,6 м. Всі роботи вручну виконував колектив так званого сектора № 1 чисельністю близько 30 осіб, серед яких близько чверті становили жінки. Співробітникам довелося п'ять разів збирати і розбирати сферу. Графітові призми і уранові блочки тягали буквально "на пузі". А адже це кілька сотень тонн! Іноді в такелажних роботах брав участь і сам Ігор Васильович.
Фахівці Лабораторії № 2 І. С. Панасюк, Б. Г. Дубовський, І. Ф. Жежерун, К. Н. Шлягін, Н. В. Макаров, Е. Н. Бабулевіч і інші конструювали і виготовляли прилади для систем управління, контролю і дозиметрії.
Активну зону котла, який в документах називався Ф-1 (перший фізичний), обладнали поглинають кадмієвими стрижнями для керування ланцюговою реакцією, а також датчиками і приладами контролю нейтронного потоку. Після укладання чергового шару поглинають стрижні витягували і вимірювали нейтронний потік, який наростав у міру збільшення висоти конструкції.
У пульта управління залишилися тільки відповідальні за роботу основних систем котла і уповноважений Ради міністрів Н. І. Павлов. Ігор Васильович сам сів за пульт і почав витягати з активної зони кадмієві стрижні. Лічильник радіації - "щелкун" - зафіксував нейтронний потік, який зростав у геометричній прогресії. Коли, за показаннями гальванометра, що виділяється в котлі теплова потужність досягла кількох десятків ват, Курчатов за допомогою регулюючих стрижнів стабілізується ровал процес і незабаром, використовуючи стрижень аварійного захисту, заглушив реакцію. Всього в цей день котел пропрацював близько чотирьох годин.
Про успішний пуск котла Ігор Васильович відразу ж повідомив головному куратору атомного проекту Л. П. Берія. Той, що не дуже довіряючи вченим і бажаючи перед доповіддю Сталіну переконатися у всьому своїми очима, попросив Курчатова на наступний день ще раз запустити ядерну реакцію в його присутності. Пуск котла, природно, повторили.
В активній зоні котла знаходилося 400 т графіту і 50 т урану. Практично з першого ж дня котел стали експлуатувати в цілодобовому режимі при потужності від 100 Вт до 1000 кВт. Спеціальної системи відводу тепла не було, і при роботі на великих потужностях тепло акумулювалось в великій масі графіту. Потім графітову кладку охолоджували струменем повітря від вентилятора.
Таким чином, від моменту організації Лабораторії № 2 АН СРСР до пуску першого котла Ф-1 пройшло менше чотирьох років. За цей порівняно невеликий термін вченим вдалося створити основи теорії ядерних процесів в атомному котлі, налагодити виробництво уранових тепловиділяючих елементів і надчистого графіту, сконструювати і виготовити прилади контролю та керування ланцюговою реакцією і, нарешті, побудувати сам котел.
В котлі Ф-1 були отримані значні, так звані вагові кількості плутонію (до цього фізики мали лише зовсім малим, індикаторним, кількістю цього елемента, достатнім лише для ідентифікації; його отримували в лабораторії з використанням джерела нейтронів). Блочки, в яких частина урану-238 перетворилася в плутоній, доставили в НДІ-9, керований А. А. Бочвара. Співробітники інституту виділили новий елемент і приступили до досліджень його ядерних і фізико-хімічних властивостей, без чого неможливо було сконструювати атомну бомбу.
Щоб напрацювати необхідний хімікам кількість плутонію, котел потрібно було хоча б періодично виводити на потужність в кілька сотень кіловат. Але оскільки біологічного захисту у котла практично не було, біля будівлі відзначався дуже високий радіаційний фон. Під час роботи котла в форсованому режимі їм управляли з приміщення, розташованого на відстані близько 500 м, а на даху "монтажних майстерень" загорявся великий червоний ліхтар. Цей сигнал попереджав співробітників Лабораторії про небезпеку, про те, що до будівлі підходити не можна.
Навіть коли практична потреба в реакторі Ф-1 відпала, його вирішили не розбирати, як це зробили американці з першим реактором Фермі. І, як виявилося, не дарма. Ветеран продовжує працювати на старому місці, і завдяки високій стабільності нейтронного потоку його використовують як еталон для калібрування апаратури, призначеної для реакторів нових АЕС.