Дэвид Холловэй - Сталин и бомба: Советский Союз и атомная энергия. 1939-1956

Курчатов перенес свое внимание на реактор-производитель задолго до того, как Ф-1 достиг критичности. В мае 1945 г. он решил, — вероятно, на основании информации, полученной из Соединенных Штатов, — что такой реактор должен быть уран-графитовой системой [218] 11 апреля 1945 г. он написал меморандум по данным разведки, полученным из Соединенных Штатов, о конструкции реактора. В нем он писал, что «ураново-графитовый котел с водным охлаждением является самой простой технически формой для создания реактора». См.: У истоков советского атомного проекта: Роль разведки// Вопросы истории естествознания и техники. 1992. № 3. С. 125. . Это было логичным решением, учитывая, что советская промышленность не могла поставить нужное количество тяжелой воды в ближайшем будущем {937} 937 Меркин В.И. Решающий эксперимент Курчатова// Воспоминания об Игоре Васильевиче Курчатове/ Под ред. А.П. Александрова. М.: Наука, 1988. С. 269. . Для производства одного грамма плутония в день, как указывалось в докладе Смита, требовался реактор тепловой мощности 500–1500 киловатт {938} 938 Smyth H. D. Atomic Energy… P. 108. . [219] В процессе деления урана-235 многие испущенные нейтроны захватываются ураном-238 и образуют уран-239, который имеет период полураспада 23 минуты и, распадаясь, превращается в нептуний. Период полураспада нептуния 2,3 дня, и, в свою очередь распадаясь, он образует плутоний. Именно эта цепочка распадов делает возможным использование ядерного реактора для производства плутония. Курчатов и его коллеги оказались перед той же проблемой, что и американцы в 1943 г.: они должны были создать реактор требуемой мощности на основе реактора, который мог работать только на гораздо меньшей мощности.

В январе 1946 г. Курчатов обратился за помощью в конструировании промышленного реактора к Николаю Доллежалю, директору Института химического машиностроения. Доллежаль начинал свою карьеру, проектируя теплоэлектростанции, и позднее работал на различных заводах химического машиностроения. Когда он рассмотрел первоначальный проект, который уже был подготовлен, тот ему не понравился. В нем предлагалось горизонтальное расположение топливных и контрольных стержней, которые вставлялись и вынимались сбоку; такого типа реакторы были построены в Хэнфорде. Вместо этого Доллежаль предложил реактор с вертикальным расположением стержней, в котором они загружались и выгружались с использованием их собственного веса. К марту 1946 г. он подготовил эскизный проект и в июне показал Курчатову чертежи. В то же время группа в Ленинграде работала над горизонтальной конструкцией реактора. В июле Научно-технический совет решил на своем заседании, продолжавшемся с короткими перерывами 92 часа, принять проект Доллежаля. Это решение было утверждено правительством в августе, за четыре месяца до того, как экспериментальный реактор достиг критичности {939} 939 Губарев В. Конструктор реакторов// Правда. 1984. 12 нояб. С. 3, 6; Доллежаль Н.А. После 1946 года// Воспоминания об Игоре Васильевиче Курчатове/ Под ред. А.П. Александрова. С. 233: Доллежаль Н.А. У истоков рукотворного мира. М.: Знание, 1989. С. 131–145. .

Доллежаль собрал конструкторскую группу в Институте химического машиностроения. Эта группа получала более высокую зарплату и лучшие продуктовые карточки, чем другие сотрудники института. Доллежаль имел правительственную связь, а в его институт был назначен «полномочный представитель Совета Министров» {940} 940 Доллежаль Н.А. У истоков рукотворного мира. С. 147. . Курчатов находился с ним в тесном контакте. Каждые три или четыре дня он приезжал в институт посмотреть, как идет работа. «Это позволяло ему, — как писал Доллежаль, — знать все в деталях, фиксировать вопросы, которые оказывались необычными в связи с новизной дела, и принимать соответствующие решения» {941} 941 Доллежаль Н.А. После 1946 года. С. 233. . Хотя первый промышленный реактор, подобно экспериментальному реактору, был уран-графитовой системой, его проект поставил много новых проблем. Его энергетический выход оказался много выше, и поэтому при работе его нужно было охлаждать. Для охлаждения использовалась вода, поэтому в реакторе необходимы были трубы для подачи воды туда, где необходимо охлаждение.

Урановое топливо нужно было вынимать из реактора, чтобы выделить из него плутоний. Следовательно, иметь уран в виде блоков в графите было непрактично. Топливными стержнями, которые проходят через замедлитель, было легче управлять при загрузке и выгрузке, но их было труднее изготавливать. Более того, эти стержни нужно было защитить от контакта с водой, чтобы они не подвергались коррозии. В Хэнфорде урановые стержни были защищены или «вставлены» в защитные алюминиевые оболочки, и советские конструкторы использовали этот опыт. Следовало предусмотреть дистанционное управление, чтобы работа с реактором, а также выемка и загрузка стержней были безопасны. Следовало также предусмотреть защиту операторов реактора от радиации {942} 942 Гончаров В.В. Первые (основные) этапы… С. 19–23. .

Реактор Ф-1 оказался чрезвычайно полезным для поисков решения этих проблем. 30 различных решеток — с различным шагом, с урановыми стержнями различного диаметра, с водой и без нее — были испытаны в туннеле реактора, чтобы определить лучшую конфигурацию. Уран для промышленного реактора был проверен в экспериментальном реакторе, как и алюминий для оболочечных труб и топливных каналов; контроль качества графита был возложен на заводы-производители. Экспериментальный реактор использовался для изучения защитных свойств различных материалов — воды, бетона, грунта, а также железных, свинцовых и парафиновых экранов — от нейтронов и гамма-излучения, а результаты этих экспериментов использовались при проектировании защиты промышленного реактора {943} 943 Жежерун И.Ф. Строительство и пуск… С. 116–132. . Для изучения биологических эффектов радиации в реакторе были проведены и эксперименты с животными {944} 944 Лосев В.К. От палаток до промышленного реактора// Воспоминания об Игоре Васильевиче Курчатове/ Под ред. А.П. Александрова. С. 263. .

Курчатов и Доллежаль столкнулись со многими трудностями. Были проблемы с изготовлением топливных урановых стержней; в 1948 г. Фуксу задали вопрос, как изготовляются стержни из металлического урана, но он не смог помочь {945} 945 Statement of Klaus Fuchs' to Michael Perrin… P. 6–7. . Изготовление алюминиевых труб и оболочек топливных стержней также было узким местом. Зная из доклада Смита о «проблеме оболочки», как одной из самых трудных, Курчатов организовал в начале 1946 г. исследования в четырех разных институтах по методам герметизации топливных стержней, и в конце концов решение было найдено {946} 946 Гончаров В.В. Первые (основные) этапы… С. 22–23. .