Как на Урале строили первый в СССР промышленный ядерный реактор
Реактор с кодовым обозначением А-1 решили построить между озерами севернее Челябинска, где впоследствии вырос закрытый город Озерск, подальше от любопытных глаз. Реактор изначально не был предназначен для получения электричества. Первую в мире АЭС запустили только в 1954 году — в А-1 собирались синтезировать плутоний.
Что значат числа рядом с элементами?
Число после названия элемента обозначает общее количество протонов и нейтронов в атомном ядре. У каждого элемента есть строго определенное число протонов, а нейтронов встречается то больше, то меньше. Эти разновидности, отличающиеся количеством нейтронов, называются изотопами элементов.
Атомы плутония-239 легко распадаются и, если собрать достаточно много радиоактивного металла в одном месте, позволяют запустить цепную реакцию с лавинообразным выделением энергии. Ядерное оружие, которое в 1945-м появилось у США и спешно разрабатывалось в СССР, требует именно таких материалов: плутония-239 или урана-235. Но уран-235 оказалось крайне сложно выделять из природного сырья, где преобладает уран-238. Плутоний-239 физики сочли более перспективным: его нет в природе, зато его можно синтезировать в ядерных реакторах.
Новые распоряжения и сорванные сроки
А-1 задумывался как часть большого комплекса по производству ядерного оружия. По проекту урановые блоки загружали в реактор и облучали нейтронами — часть атомов урана-238 после захвата одного нейтрона в несколько стадий превращалась в плутоний-239. Из облученных блоков плутоний извлекали химическим путем, затем отправляли в металлургический цех, а оттуда в виде отливок — на токарные работы, где с особо высокой точностью вытачивались полусферы, заряды для ядерных бомб.
Металлургическое производство, сам реактор и цех по переработке использованного топлива строили одновременно, соблюдая тайну и торопясь. Котлован шириной 100 м и глубиной 53 м выкопали практически за одну зиму 1946/47 года. Сначала строители ориентировались на отметку в 6 м, но раз за разом глубина увеличивалась согласно новым распоряжениям. В некоторых источниках говорится, что это делали ради секретности, но в воспоминаниях участников проекта фигурирует иная версия: сначала котлован рыли под горизонтальный реактор, но после детальной проработки выбрали вертикальную конструкцию.
Как управляют скоростью ядерной реакции?
Внутри большинства реакторов между урановыми блоками расположены каналы со стержнями из поглощающего нейтроны материала, например, графита. Поднимая или опуская эти стержни, инженеры меняют скорость цепной реакции и могут полностью ее остановить. В первых американских реакторах каналы для стержней были горизонтальными, но это решение оказалось неудачным, и советские конструкторы отказались от него еще до постройки А-1.
Котлован был готов еще в апреле 1947-го, а в январе 1948-го в недостроенном здании реактора начался монтаж металлоконструкций и оборудования. Однако проектная документация и необходимые материалы запаздывали, квалифицированных специалистов не хватало (где их было взять, если отрасль совершенно новая?). Сроки, установленные лично Иосифом Сталиным, срывались. Курировал проект Лаврентий Берия, но одного страха перед зловещей фигурой главы НКВД было мало для осуществления столь сложного проекта, потому-то руководить им позвали опытных управленцев.
С ноября 1947-го директором "комбината номер 817", как обозначили ядерный комплекс, стал Борис Музруков, всю войну возглавлявший завод "Уралмаш" и наладивший производство танков Т-34. Его заместителем назначили бывшего директора Магнитогорского и Норильского комбинатов Авраамия Завенягина. Им помогали бывший в военные годы наркомом танковой промышленности Вячеслав Малышев и Борис Ванников, с 1942 года возглавлявший Народный комиссариат боеприпасов. Научным руководителем стройки стал Игорь Курчатов, к тому моменту — шеф всей советской ядерной программы.
Пуск и "закозления"
Строительство закончилось в середине 1948 года. Под наблюдением Курчатова и Ванникова в реактор сложили урановые блоки в алюминиевых оболочках. На комбинат доставили несколько сотен тонн урана, из которых около 100 тонн было вывезено из Германии в 1945-м. В ночь на 8 июня состоялся первый пуск. Курчатов лично поднял стержни управления и, проследив за возрастанием мощности А-1, заглушил установку со словами: "Физика реактора в порядке".
Инфографика
Устройство уран-графитового оружейного реактора
Основные элементы и схема работы уран-графитового реактора для получения плутония. К этому типу относилось большинство первых ядерных реакторов.
Впрочем, ученый оговорился: "Но это не все — впереди решающей будет не только физика, но и техника, технологическая схема". 19 июня реактор стали медленно выводить на проектную мощность в 100 МВт (энергию не использовали для чего-нибудь полезного — нагретую воду просто сливали наружу), 22 июня достигли желаемой отметки, но через несколько часов из-за сбоя в системе охлаждения расплавился и спекся с графитом урановый блок.
Реактор пришлось заглушить, а "козла" — так называли поврежденный участок — раскрошили сверлами и удалили. Эта работа заняла больше недели, а сроки поджимали, поэтому 25 июля — уже после устранения первой поломки и повторного пуска — другого "козла" решили убрать без остановки реактора. Персонал получил большие дозы облучения, помещение покрылось радиоактивной пылью, а из-за протекшей воды заржавели трубы.
Смотрите также
Оружие судного дня: какого размера "ядерный зонтик" стран мира
Аварии случались на А-1 постоянно. Урановые блоки в алюминиевой оболочке распухали и разгерметизировались, коррозия разъедала трубы с водой, охлаждающей реактор. По воспоминаниям Василия Шевченко, на тот момент — начальника одной из лабораторий, однажды "в результате удара рабочая продукция самопроизвольно разгрузилась и рассыпалась по полу центрального зала". Ядерное топливо собирали совковыми лопатами, так как никаких аппаратов с дистанционным управлением еще не изобрели.
К концу 1948 года А-1 пришлось фактически собирать заново с заменой труб на анодированные, с антикоррозийным покрытием. В ходе этих работ сильно облучились как рядовые сотрудники, так и руководители вплоть до находившегося на месте Курчатова.
Бомбы важнее безопасности
Впрочем, первые ядерные реакторы по части безопасности были далеки от идеала и в СССР, и в США, и в Великобритании. Анатолий Александров, один из помощников Курчатова, писал в мемуарах: "У них [англичан], значит, один из реакторов производственных, на которых они делали плутоний, разрушился, кладка раскалилась добела, весь уран, конечно, к чертовой матери расплавился, выбросило и уран, и осколки, все. И даже коровы, которые были в радиусе 100 км от реактора, давали радиоактивное молоко".
Смотрите также
Как использовать ядерную бомбу в мирной жизни
Авария в Уиндскейле, о которой вспоминал Александров, случилась в 1957 году. Буквально за пару недель до этого на комбинате 817 взорвалась емкость с радиоактивными отходами. Реактор не задело, но по масштабу экологической катастрофы этот взрыв уступил лишь печально известным авариям в Чернобыле и Фукусиме. Правда, о последствиях было мало что известно вплоть до 1989 года, когда власти обнародовали данные.
По современным меркам что А-1, что "чикагские поленницы", что опытные установки вроде "заряда-демона" в Лос-Аламосе, где плутониевый шар накрывали отражателем вручную, были просто кошмаром. Но в те времена ядерщики не думали о безопасности, как в наши дни. Главным было как можно быстрее изготовить ядерное оружие, а позже — реакторы для военных подлодок. Спешка, амбиции военных и недостаток знаний о вреде радиации приводили к тому, что уран сгребали лопатами, атомные бомбы взрывали в атмосфере, а на объектах то и дело случались аварии. Как сделать безопасные и эффективные реакторы, задумались позже, но это уже другая история.
Алексей Тимошенко, старший корреспондент научно-популярного портала "Чердак"
По материалам:
