Михаил Грабовский - Атомный аврал

— Помилуйте, Игорь Васильевич. Я впервые сейчас от вас услышал слово «нейтрон».

Чтобы не отпугивать Доллежаля чрезмерной новизной, Курчатов мягко разъяснил опытному теплотехнику, что атомный котел по своей сути весьма незначительно отличается от обычного водяного котла высокого давления. Разве что в сотню раз больше по размерам. Может быть, в тысячу раз сложнее по конструкции. Вероятно, в миллион раз опаснее. А так… Очень, очень похож. Курчатов в этот момент напомнил Доллежалю добродушного, бородатого удава. Николай Антонович развел с отчаянием руки.

— Помилуйте, Игорь Васильевич…

Но Курчатов не дал договорить.

— К тому же вопрос о назначении вас главным конструктором уже решен на правительственном уровне. И я лично абсолютно уверен, что вы вместе со своим коллективом прекрасно справитесь с порученной товарищем Сталиным задачей.

Курчатов немного блефовал, но надо было «дожимать», не откладывая дела в долгий ящик.

При произнесении имени Сталина у Доллежаля родилась в груди вторая нервная судорога. Он как-то сразу обмяк и обреченным голосом спросил:

— И когда же приступать?

Курчатову хотелось сказать «сегодня» или даже «сейчас». Но он сдержался. Решил, что незачем пороть горячку. И успокоил собеседника:

— Завтра, пожалуй… Завтра вместе начнем.

Через день Доллежаль отошел от «нейтронного» шока и принялся штудировать отчет Смита. Долгая неделя ушла у него на осмысливание физических процессов, происходящих теоретически в уран-графитовой сборке.

Природный уран состоит в основном из двух изотопов: урана с атомным весом 238 (99 %) и урана с атомным весом 235 (менее 1 %). Хотя оба изотопа представляют собой один и тот же химический элемент, ядерные свойства их принципиально различны.

Уран-235 под действием нейтронов делится на два произвольных осколка с выделением значительной энергии, излучая при каждом акте деления два или три новых нейтрона. Поэтому нарастание числа делений может при определенных условиях иметь лавинообразный характер цепной реакции.

Другой же изотоп, уран-238, при захвате нейтрона не делится, а превращается в новый, не существующий в обычных условиях на Земле химический элемент — плутоний, с атомным весом 239.

Как предсказывали физики и как показал американский опыт, плутоний обладает склонностью к делению под действием нейтронов ещё в большей степени, чем уран-235.

В чистом природном уране цепная реакция недостижима и невозможна. Вероятность деления урана-235 можно значительно повысить путем эффективного и быстрого замедления рождающихся быстрых нейтронов. Этого можно достигнуть, смешав природный уран с некоторыми легкими химическими элементами, например, с углеродом.

Как показывали теоретические расчеты, в сборке природного урана и графита (в качестве замедлителя нейтронов) цепная реакция достижима при некоторых критических размерах конструкции. При оптимальной, с физической точки зрения, форме конструкции — шаре или приплюснутом цилиндре — сборка может достичь критичности при радиусе примерно 10 метров.

Иными словами, центральной частью уранового котла должен быть громоздкий цилиндр высотой и диаметром с трехэтажный дом, сложенный из графитовых кирпичей. Внутри него должны быть распределены детали или фрагменты из природного урана.

Для заданной мощности котла требовалось примерно 100 т урана и 1000 т графита.

При достижении в подобной сборке коэффициента размножения нейтронов больше единицы появится возможность с помощью регулирующих стержней из поглощающего материала поддерживать цепную реакцию на определенном уровне или глушить котел, останавливая процесс.

Вся сложность такого уран-графитового котла заключается в том, что выделяемая при делении ядер энергия неминуемо вызовет саморазогрев урана. Выделяемое тепло необходимо отводить. Промышленный реактор должен быть охлаждаемой конструкцией!

В первые январские недели Доллежалю предстояло совместно с физиками из Курчатовской лаборатории принять несколько принципиально важных решений, ориентируясь в некоторых случаях на отчет Смита.

Чем охлаждать: газом или водой?

Американские физики сначала отдавали предпочтение газу. Именно с такой рекомендацией проектирование промышленных котлов было передано фирме «Дюпон».

Из отчета Смита:

«Когда на сцену выступила фирма Дюпон, она сначала приняла предложение о сооружении установки с гелиевым охлаждением; после дальнейшего изучения вопроса фирма решила отдать преимущество водяному охлаждению… Количество воды, необходимой для охлаждения, зависит от максимальной температуры, до которой вода может быть безопасно нагрета, и от максимальной температуры воды, забираемой из реки Колумбия. Воды требовалось столько, сколько нужно для водоснабжения довольно большого города…»

Доллежаль тоже склонялся к выбору воды, поскольку такое решение упрощало конструкцию котла.

Принципиально для охлаждения любого источника тепла могут быть выбраны два метода: прямоточный и циркуляционный.

В первом случае холодная вода из какого-либо источника (реки или озера) прокачивается под давлением через котел, нагревается и потом сбрасывается в тот же водоем.

Во втором случае вода должна циркулировать, охлаждая реактор, по замкнутому контуру. Внутри котла она будет разогреваться, а вне котла, в теплообменных аппаратах, — охлаждаться. И затем мощными насосами подаваться снова на вход реактора. В этом случае конструкция всей системы охлаждения значительно усложнится, что потребует и больших материальных затрат, и, что не менее важно, увеличения времени на изготовление дополнительного оборудования.

Американцы тоже спешили и для хэнфордских котлов использовали прямоточное водяное охлаждение. Доллежаль понимал, что слив охлаждающей воды, прошедшей через реактор, обратно в уральское озеро Кызыл-Таш, планируемое в качестве источника, неминуемо приведет в конечном итоге к радиоактивному загрязнению и омертвлению озера.

Николаю Антоновичу было болезненно жалко лишать жизни прозрачное голубое озеро. Жалко обитающих в нем и плещущихся на солнце рыб, порхающих над его гладкой поверхностью птиц.

Ну а что делать? Как быть, если сжатые планируемые сроки строительства подавляют нравственные сомнения и колебания?

Хорошо еще, что ответственность за подобное безрассудство можно разделить с членами Научно-технического совета.

Присутствовавшие на заседании совета тоже понимали трагическую судьбу озера. Некоторые знали ещё больше. Из озера вытекает неприметная на карте тихая речка со старинным домашним названием Теча. А на берегах её сотни лет назад прижились кургузые бедные деревушки. Вскоре после пуска котла вода в реке, поливные огороды, домашний скот и сами старожилы будут неминуемо заражены радиоактивными осколками деления. Кто-то заболеет лучевой болезнью; кто-то, вероятно, погибнет. Все члены Совета и приглашенные конструкторы во главе с Доллежалем молчали об этом. Все в душе оправдывали свое молчание тем, что принимаемое решение — абсолютно вынужденное. У разоренной страны не было тогда ни времени, ни средств на более сложные технологические схемы.