Сталин и бомба. Советский Союз и атомная энергия. 1939-1956 - Холловэй (Холловей) Дэвид - Страница 72

Работа над реактором в Лаборатории № 2 сильно затруднялась нехваткой графита и урана. И только между маем и августом 1945 г. была решена проблема получения графита требуемой чистоты, но лишь к концу года такой графит был получен в достаточных количествах{916}. Свыше 500 тонн графита поступило в 1946 г., и весь он был исследован в лаборатории на предмет примесей{917}. В январе 1946 г. завод в Электростали начал выдавать нужное количество урана в виде цилиндрических отливок, подготовленных по спецификации Курчатова для экспоненциальных экспериментов с различным размещением урана в графите. Эти эксперименты продолжались до марта и позволили Курчатову и его группе рассчитать наилучшую конфигурацию реактора. Курчатов также смог подтвердить, что уран и графит, поставляемые в лабораторию, имеют нужную чистоту{918}.

Летом 1946 г. из Электростали в Лабораторию начали поступать большие партии металлического урана. В августе, однако, в Лаборатории обнаружили, что часть урана содержит слишком большую концентрацию бора{919}. Ванников прибыл в Электросталь для решения проблемы. Его тон в разговорах с заводскими руководителями был вежливым, но угрожающим, и проблема была скоро решена. Если бы примесь не была обнаружена, реактор не достиг бы критичности, поскольку бор является сильным поглотителем нейтронов{920}. Под руководством А.П. Виноградова были разработаны методы анализа примесей в уране{921}. Эти методы позднее были внедрены для контроля качества на заводе в Электростали{922}.

К июлю 1946 г. на территории Лаборатории № 2 было построено специальное здание для реактора размером 15x40 м2. Сам реактор собирали в шахте глубиной 7 метров. Там располагалась лаборатория, защищенная от радиации мощными бетонными стенами и толстым слоем земли и песка. Вход в реактор походил на лабиринт из блоков свинца, парафина и борной кислоты. Две независимые подстанции давали электрический ток, необходимый для управления реактором. Для измерения уровня радиации вокруг здания размещались дозиметры, на здании были установлены сирены и световая сигнализация для предупреждения об опасном уровне радиации{923}. В августе, сентябре и октябре Курчатов и его группа построили четыре модели реактора, используя весь уран, бывший в их распоряжении.

Были проведены эксперименты для определения радиуса активной зоны реактора. Она не могла быть определена теоретически из-за вариаций в степени чистоты графита и урана. Эксперименты показали, что активная зона должна иметь радиус 3 метра, и понадобится около 500 тонн графита и 50 тонн урана{924}. Кладка реактора началась 15 ноября 1946 г. Полная структура реактора представляла кубическую решетку урана, погруженную в графитовую сферу. Реактор контролировался тремя кадмиевыми стержнями, которые могли подниматься и опускаться внутрь него; кадмий является сильным поглотителем нейтронов, и присутствие его стержней в реакторе прекращает развитие цепной реакции. Через центр реактора проходил горизонтальный туннель размером 40x60 см, в котором размещались исследуемые материалы и приборы для измерений{925}.

20 декабря 1946 г., когда к реактору был добавлен пятидесятый слой, стало ясно, что критичность будет достигнута при 55 слоях вместо планируемых 76. Теперь Курчатов и его коллеги действовали очень осторожно, поскольку реактор приближался к критическому состоянию. В два часа дня 25 декабря был добавлен пятьдесят четвертый слой. Курчатов попросил всех, кто не был непосредственно занят измерениями, покинуть здание; он и пять человек из его группы остались{926}. В шесть часов вечера реактор, управляемый Курчатовым, достиг критичности, и впервые в Советском Союзе, да и во всей Европе, была получена цепная ядерная реакция. Курчатов оставался за пультом управления всю ночь и поднял мощность реактора до 100 ватт, прежде чем заглушил его{927}.

Как только реактор был пущен, некоторые из тех, кто работал на нем, поспешили к зданию, чтобы увидеть его в действии. «Это был для всех нас волнующий и радостный вечер, — писал один из присутствующих. — Сдержанно, как то позволяла рабочая обстановка, но тепло и искренне мы поздравляли друг друга с необычным и особенным рождеством»{928}. Курчатов, который более шести лет думал о цепной реакции, был счастлив. «Атомная энергия, — сказал он тем торжественным тоном, которым пользовался в действительности, или тем, который ему приписывают в подобных случаях, — теперь подчинена воле советского человека!»{929} Запуск реактора стал первой важной вехой на пути к бомбе{930}.

Несколько дней спустя в лабораторию пришел Берия, для которого была устроена специальная демонстрация нового реактора. Он стоял рядом с пультом управления, когда Курчатов поднимал управляющий стержень. Послышались щелчки регистрирующих нейтроны приборов, частота их возрастала, переходя в непрерывный вой, а стрелку гальванометра зашкалило. Присутствующие ученые «радостно воскликнули “пошла”, имея в виду начавшуюся цепную реакцию. “И это все?” — явно разочарованно спросил Берия. — И больше ничего? А можно подойти к реактору?” Игорь Васильевич остановил: “Нет”», предупредив, что это было бы опасно для его здоровья. Запуск реактора был намного менее впечатляющим, чем полет нового самолета или испытание нового танка. Из-за того, что мало что можно было увидеть при этой «демонстрации», Берия не мог быть уверенным, что Курчатов не втирает ему очки{931}.

Параметры реактора Ф-1 (Физический-1) были в целом подобны сборке, построенной Ферми в Чикаго в декабре 1942 г. В сборке Ферми было задействовано 400 тонн графита, б тонн металлического урана и 50 тонн окиси урана, тогда как в Курчатовском реакторе использовалось около 400 тонн графита и 45,07 тонн урана{932}. Это сходство объясняется желанием в обоих случаях построить реактор как можно скорее из графита и природного урана; никакого другого объяснения и не требуется, хотя в докладе Смита приводится детальное описание конструкции чикагской сборки{933}. Чикагская сборка не давала больше 200 ватт, ограничение определялось радиационной опасностью для персонала внутри и снаружи корта для сквоша, где она была собрана{934}. Курчатов хотел производить плутоний, испытывать материалы и проводить эксперименты, и потому он предпринял шаги, чтобы работать при большей мощности, чем 200 ватт, обеспечив защиту и дистанционное управление. Реактор Ф-1 давал 100 ватт в тот день, когда достиг критичности, и позднее (после добавки графита и урана) работал при коротких всплесках мощности до 3800 киловатт; он мог бы работать на уровне нескольких десятков ватт в течение долгого периода{935}. В первые месяцы 1947 г. в сборку были добавлены новые слои графита и урана для увеличения мощности. При длительных периодах функционирования реактор управлялся со специального пульта, расположенного на расстоянии 1–1,5 км{936}.