Физический первый. 75 лет первому в Евразии ядерному реактору Ф-1. "В МИРЕ НАУКИ" № 12

Данный материал из декабрьского номера журнала «В мире науки» за 2021 г. был впервые опубликован на портале «Научная Россия» 29 декабря 2021 г. К 120-летию со дня рождения академика И.В. Курчатова мы вновь публикуем интервью об одном из самых знаковых достижений ученого — создании ядерного реактора Ф-1.

25 декабря 1946 г. был запущен первый ядерный реактор на территории Евразии — Ф-1, созданный И.В. Курчатовым него сотрудниками в Лаборатории № 2. Старт «физического первого» (именно так расшифровывается название Ф-1) — один из важнейших этапов атомного проекта СССР. Это событие стало отправной точкой для развития отечественной атомной промышленности и энергетики. Об истории создания ядерного реактора, с которого началась атомная эра в нашей стране, рассказывает заместитель директора НИЦ «Курчатовский институт» по научной работе Екатерина Борисовна Яцишина.

— Как и для чего создавался Ф-1?

— История Ф-1 начинается в апреле 1943 г., когда на северо-западной окраине Москвы в буквальном смысле в чистом поле — на бывшем артиллерийском стрельбище в районе Октябрьского поля — 40-летний профессор И.В. Курчатов организовал секретную Лабораторию № 2. За его плечами уже был успешный опыт работы в области физики ядра в 1930-е гг. в Ленинградском физтехе, однако теперь перед ним стояла задача глобального масштаба — обеспечить национальную безопасность страны.

Важно подчеркнуть, что ни сооружение первого реактора, ни вся последующая легендарная эпопея по развитию атомного проекта в СССР не могли состояться, если бы в 1930-е гг. в нашей стране не была создана серьезная школа, база в области ядерной физики.

Прежде всего, исследования реакции деления урана и перспектив использования выделяющейся при этом энергии шли в стенах Ленинградского физико-технического института (ЛФТИ) во главе с академиком А.Ф. Иоффе, Радиевого института (В.Г. Хлопин), Института химической физики (Н.Н. Семенов). В Москве эти работы вели в ФИАН (С.И. Вавилов), в Харьковском физтехе работала ядерная лаборатория.

В лаборатории атомного ядра ЛФТИ занимались экспериментальными исследованиями деления ядра под руководством И.В. Курчатова. В 1940 г. он с группой ученых подготовил программу работ по практическому овладению внутриядерной энергией, которая была направлена в президиум АН СССР. Уже в июне того же года была создана «урановая комиссия» (Комиссия по проблеме урана при президиуме АН СССР) под председательством В.Г. Хлопина с заместителями В.И. Вернадским и А.Ф. Иоффе. Среди ее членов были именитые П.Л. Капица и А.Е. Ферсман, а также совсем молодые И.В. Курчатов, Ю.Б. Харитон и другие. Несмотря на то,что не все академики верили в возможность овладения в обозримом будущем энергией атома, программа первоочередных работ под руководством И.В. Курчатова была составлена.

К началу 1941 г. в СССР была утверждена Урановая программа, шел поиск эффективных способов выделения активного изотопа (урана-235), исследования различных замедлителей (тяжелой воды, гелия, углерода), необходимых для регулируемой ядерной реакции.

22 июня 1941 г. в газете «Правда» вышла публикация о завершении в ЛФТИ строительства самого крупного в Европе на тот момент циклотрона — ускорителя частиц для изучения ядерных реакций. Его строительством и пуском руководил И.В. Курчатов.

— Успели прямо к началу войны...

— Да. К сожалению, начавшаяся война остановила все исследования, однако донесения разведки говорили о том, что на Западе продолжаются строго засекреченные работы в этом направлении. Ученые Германии раньше всех осознали перспективы создания нового оружия — исследованиями в этой области в Третьем рейхе занимались выдающиеся физики. Успехов в урановой проблеме достигли и ученые Великобритании. Но первыми атомное оружие создали США. Как позднее вспоминал куратор американского «Манхэттенского проекта» генерал Лесли Гровс: «США повезло. Перед войной в Америку приехали известные европейские ученые, бежавшие от Гитлера. В Металлургической лаборатории Чикагского университета работали два лауреата Нобелевской премии Энрико Ферми и Джеймс Франк, а также блестящие венгерские физики Юджин Вигнер и Лео Силард». В декабре 1942 г. под трибунами стадиона в Чикаго был пущен первый в мире атомный реактор, до взрыва атомной бомбы оставалось меньше трех лет...

— А в СССР в это время работы в этой области совсем остановились?

— Не будем забывать, что СССР в это время вел ожесточенную войну на всех фронтах. Однако урановая проблема не могла не тревожить первых лиц страны. Осенью 1942 г. вышли распоряжение ГКО СССР «Об организации работ по урану» и постановление «О добыче урана». И.В. Курчатов написал подробную записку о неотложных мерах по развитию этих исследований на имя В.М. Молотова.

По мнению президента НИЦ «Курчатовский институт» М.В. Ковальчука, если бы руководство СССР благодаря группе ученых и данным разведки не занялось атомным проектом в тяжелейшую для страны осень 1942 г., возобновив урановые исследования и через полгода организовав Лабораторию № 2 под руководством Игоря Курчатова, само существование нашей страны оказалось бы под угрозой.

— Безусловно, благодаря созданию Ф-1 и дальнейшему развитию атомной отрасли СССР удалось достичь военного паритета с США. Но вернемся к истории создания Ф-1. Расскажите подробнее.

— Хронология событий была такая. В феврале 1943 г. распоряжением заместителя председателя Государственного комитета обороны И.В. Курчатов назначается научным руководителем работ по атомному проекту. В марте 1943 г. он собирает на совещание в Москве группу физиков: И.К. Кикоина, Я.Б. Зельдовича, А.И. Алиханова, Г.Н. Флерова, Ю.Б. Харитона. На первое место Курчатов ставит создание уран-графитового котла как физической установки, которая должна подтвердить принципиальную возможность цепной реакции на природном уране. В таком котле протекает цепная реакция деления урана с высвобождением большого количества теплоты, которую сейчас используют на атомных электростанциях. При этой реакции образуется и плутоний, который на современных АЭС становится побочным продуктом. Но в то время нужен был именно плутоний — для заряда бомбы.

— Более дешевый и быстрый вариант?

— Все верно. На кону стояло очень многое, мы должны были догнать американцев в этой атомной гонке. Курчатов сформулировал первоочередные задачи для начала строительства: разработка детальной теории реактора, получение сотен тонн графита высокой степени чистоты и сверхчистого (без примесей) урана в количестве десятков тонн. Опыта сооружения таких сложнейших установок, как ядерный реактор, не было еще ни у кого. В кратчайшие сроки было необходимо обеспечить геологоразведку и добычу урана, с нуля создать новую металлургию, наладить производство графита высочайшей чистоты.

Уже летом 1943 г. созданный теоретический отдел во главе с И.Я. Померанчуком начинает активную работу по теории котла, методикам расчета его характеристик, параллельно идут разработки технологий получения урана, его первый блочок удается получить к концу 1944 г. Затем на территории Лаборатории № 2 устанавливают большую армейскую палатку где измерялись характеристики чистоты реакторных материалов — урана и графита, выпускаемых в то время в стране. Имевшийся тогда графит не соответствовал требованиям, малейшие примеси поглощали нейтроны и цепная реакция останавливалась. Пришлось с колес налаживать производство нужного качества, но только в конце 1945 г. на Московском электродном заводе удалось обеспечить выпуск графитовых блоков реакторной чистоты.

Такие темпы работ никак не удовлетворяли И.В. Курчатова, но в то время наша страна тратила все силы и средства на фронтах войны, поэтому приоритеты, конечно, были утех типов вооружений, которые могли выйти на линию огня в считаные месяцы. В мае 1945 г. весь мир праздновал победу над фашизмом, казалось, впереди долгая мирная жизнь, единение народов и общее светлое будущее. Все изменилось в августе 1945 г., когда США осуществили варварское испытание ядерного оружия на 200 тыс. мирных граждан, сбросив атомные бомбы на города Хиросиму и Нагасаки. Всем было очевидно, что это, прежде всего акт устрашения СССР.

Это событие стало импульсом для всяческого ускорения и активизации работ в советском атомном проекте. Большую роль в его форсированном продвижении сыграла также смена в 1944 г. куратора от правительства страны, которым стал Л.П. Берия.

18 мая 1946 г. на заседании Спецкомитета был решен вопрос о месте сооружения «установки Ф-1 на малую мощность» на территории Лаборатории №2. Первого июня 1946 г. И.В. Курчатов представил график сооружения опытного уран-графитового реактора. Академпроекту, который возглавлял известный архитектор А.В. Щусев, было поручено спроектировать здание для атомного котла. Ожидалось, что от него будет сильное излучение, поэтому большую часть здания решили расположить ниже уровня земли. Строительство одноэтажного здания монтажных мастерских с бетонированным котлованом для котла глубиной 7 м и подземной лабораторией с пультом дистанционного управления реактором закончили к июлю 1946 г.

— Вы говорите «монтажные мастерские», имея в виду здание для атомного котла? Правда ли, что во время строительства реактора Ф-1 использовалась особая система секретности?

— Да, здание для атомного котла из соображений секретности называли в документах и в обиходе «монтажными мастерскими» или «зданием К.» («корпус Курчатова»), а между собой — «монтажной». Котел называли «электролизером», вместо слова «уран» писали «кремний».

Все документы, связанные с атомным проектом, шли под грифом «Совершенно секретно». В работы по сооружению первого реактора, а потом и последующего промышленного на Урале были вовлечены множество академических и ведомственных НИИ и проектных институтов, предприятий по всей стране — и везде строжайше соблюдались эти меры.

Вплоть до взрыва первой советской бомбы в Семипалатинске в августе 1949 г. зарубежные спецслужбы прогнозировали, что наша страна сможет создать ядерное оружие не раньше 1955 г. Так что секретность проведения этих работ была совершенно оправдана и организована на высшем уровне.

Но вернемся к истории Ф-1. В 1946 г. уже было полноценно налажено производство урана и графита в промышленных масштабах. Поступившие в Лабораторию № 2 почти 50 т урана и 450 т графита перенесли все в ту же армейскую палатку буквально на руках. С августа по ноябрь 1946 г. И.В. Курчатовым и его сотрудниками были собраны, исследованы и разобраны четыре постепенно увеличивающиеся в объеме модели реактора. Пятая стала действующим реактором Ф-1 — к его сооружению приступили 15 ноября.

Реактор представлял собой сферу из уран-графитовой решетки, графита, регулирующих стержней, приводимых в действие дистанционно, экспериментальных каналов и колодцев, для защиты от радиации помещенных ниже уровня земли.

Все участники сборки реактора, самому молодому из которых было 15 лет, подписали перед пуском расписку о «неразглашении характера проводимых работ».

О самом волнующем дне «решающего эксперимента» рассказывал непосредственный участник этих событий Б.Г. Дубовский — начальник группы дозиметрии.

На следующий день после пуска реактора в Лабораторию № 2 приехал куратор советского атомного проекта Л.П. Берия, которому И.В. Курчатов продемонстрировал управляемую цепную реакцию деления ядер урана. На осуществление этого грандиозного проекта понадобилось всего 16 месяцев!

28 декабря 1946 г. Л.П. Берия, И.В. Курчатов, Б. Л. Ванников и М.Г. Первухин отправили И.В. Сталину докладную записку, в которой говорилось: «С помощью построенного уран-графитового котла мы теперь в состоянии решить важнейшие вопросы и проблемы промышленного получения и использования атомной энергии».

— А что было потом?

— Со дня пуска работы на Ф-1 шли круглосуточно. Сотрудники Лаборатории № 2 постоянно проводили опыты, проверяя все исходные физические и технические данные для строительства уже промышленного уран-графитового реактора по наработке плутония. 22 июня 1948 г. на Урале был пущен первый промышленный реактор для производства плутония — заряда для первой отечественной атомной бомбы, успешно испытанной в 1949 г. под руководством И.В. Курчатова на Семипалатинском полигоне. Ядерный паритет был установлен.

Трудно переоценить огромное значение сооружения за 16 месяцев реактора Ф-1 в послевоенной, лежащей в руинах стране. Без того легендарного пуска декабрьским вечером 1946 г. не состоялся бы советский атомный проект, давший рождение атомной энергетике, ядерной медицине, новому материаловедению, информационным технологиям, ускорительным технологиям, радиобиологии. Но тогда главная цель И.В. Курчатова и его коллег была одна — пуск реактора Ф-1 позволил нашей стране получить собственное ядерное оружие, а значит, обеспечить свою безопасность.

Это были не пустые слова: холодная война началась, уже создавались планы ядерных бомбардировок СССР: «Дропшот», «Троян», согласно которому 1 января 1950 г. на основные города СССР должно было упасть 300 ядерных и 20 тыс. обычных бомб. Этого не случилось во многом благодаря тому решающему эксперименту 25 декабря 1946 г.

— Екатерина Борисовна, в каком состоянии находится Ф-1 сейчас?

— Сейчас реактор Ф-1 находится на территории Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», он переведен в режим останова и в нем с 2016 г. работает экспозиция, где можно познакомиться с историей создания этого уникального памятника науки и техники. Посетители здесь могут в буквальном смысле слова прикоснуться к истории советского атомного проекта.

Автор портрета Е.Б. Яцишиной: Николай Малахин, журнал «В мире науки».

Фото на главной странице сайта: архив НИЦ «КИ».