Первый в Европе урановый котел


вернуться в оглавление книги...

И. Н. Головин. "Игорь Васильевич Курчатов"
"Атомиздат", Москва, 1978 г.
OCR Biografia.Ru

продолжение книги...

ПЕРВЫЙ В ЕВРОПЕ УРАНОВЫЙ КОТЕЛ

Сотрудники довоенной лаборатории Курчатова и другие физики старшего поколения разбросаны по разным институтам и городам. Сил мало, а к цели надо прийти как можно быстрее.
Курчатов сам ведет те работы, которые, по его мнению, скорее всего приведут к созданию атомной бомбы. Он намечает такой план: осуществить цепную реакцию в уран-графитовой системе, организовать производство плутония, тщательно в лабораторных условиях на возможно более точной модели оружия проверить расчеты развития цепной реакции на быстрых нейтронах. После этого выходить на полигон для осуществления взрыва. На первом этапе необходимы металлический уран и чистейший графит в невиданных раньше количествах. Но точно указать, сколько их потребуется, Курчатов еще не может, и он разрабатывает ясную, детально продуманную программу исследований. Надо измерить основные ядерные константы: эффективные сечения деления и поглощения нейтронов, число нейтронов, высвобождающихся в одном акте деления, измерить спектры нейтронов, их замедление, получить необходимые константы для других материалов, пригодных для использования в урановом котле. Надо развить теорию цепных ядерных реакций, Игорь Васильевич созывает теоретиков и «озадачивает» их. Ведет с ними детальные обсуждения. Не будучи сам теоретиком и не используя сложный математический аппарат, он вносит ясность в каждый этап работы, великолепно извлекая из теории ее физическую суть, указывает на возможные эффекты, отыскивает их взаимосвязь.
Но ждать, пока измерят константы, нельзя. Да и узнав их, критическую массу и размеры реактора можно было определить, только проделав сложные вычисления. Вычислительная техника же в то время была еще очень слабой. Поэтому Курчатов сам ведет опыты по наращиванию уран-графитовых призм. В этом ему помогают всего лишь несколько молодых физиков, инженеров и группа рабочих, собирающих и вновь разбирающих кладки урана и графита.
И. С. Панасюк в палатках ведет основные опыты, выбирая оптимальные условия размножения нейтронов, испытывая новые партии графита и урана, производство которых успешно развивается. Б. Г. Дубовский, М. И. Певзнер и В. С. Фурсов заняты расчетами надкритических систем на тепловых нейтронах, расчетами накопления продуктов деления урана и плутония. Б. Г. Дубовский проводит опыты по защите от гамма-лучей, собственноручно делает счетчики, так как купить их еще нигде нельзя. Е. Н. Бабулевич проектирует и строит систему регулирующих стержней для управления цепной реакцией.
Курчатов внимательно следит за работой, участвует в измерениях, чтобы самому убедиться в надежности получаемых данных. Приступая к обсуждению, он тут же на бумаге классифицирует сведения, намечает различные варианты решения, используя полученные в экспериментах результаты и возможные, еще не проверенные опытом, значения величин и закономерности.
Сравнив различные гипотетические, но строго логичные пути, отмечает самые важные из недостающих сведений, направляет сотрудников на работы. Я. Б. Зельдович создал общую теорию замедления нейтронов в бесконечной среде. Но размеры уран-графитовых призм Курчатов вынужден наращивать постепенно, по мере поступления от промышленности новых партий графита и урана. Тогда И. Я. Померанчук развивает строгую теорию размножения и изменения в пространстве потока нейтронов в таких призмах. Получилось, что поток нейтронов с увеличением размеров призм возрастает экспоненциально.
Обдумывая постановку трех «экспоненциальных опытов» и вникая в физику явлений, Курчатов понял, как изменяется поток нейтронов с увеличением расстояния, исходя из общей теории Зельдовича.
— Вот! Теперь ясно без сложных выкладок, почему получились такие формулы у Померанчука! — воскликнул он с удовольствием и повторил собравшимся ход своих рассуждений. Позднее его доказательство вошло в курс нейтронной физики.
Когда экспериментаторы, показывая ему полученные в опытах данные, начинают сложно объяснять их смысл, Курчатов перебивает, лукаво улыбаясь и исключая тем самым протесты:
— Постой! Объясняешь слишком научно! Мы сейчас сообразим по-простому, по-рабоче-крестьянски!
— И с веселым задором делает расчеты, ищет связи с ранее полученными результатами, находит место в составленной им ранее схеме, по которой развивались опыты, куда должны встать новые данные, восполнив недостающее звено. Радуется, если стройность предыдущих рассуждений и намеченных схем возросла, задумывается и ищет причину, если логическая связь в прежних схемах нарушена. Успокаивается лишь тогда, когда найден ясный физический смысл измеренного и внесены исправления в прежний ход рассуждений, имевших дефект, который теперь исправлен достоверно установленным фактом.
Наконец измерения на уран-графитовых призмах дали надежное основание для выбора оптимального шага решетки — расстояния между кусками урана внутри графита — и выбора размером самих кусков урана. Измерения также показали, каким слоем графита надо окружить решетку, чтобы сократить до минимума потери нейтронов. Но рассчитать критический размер котла, то есть диаметр шара, заполненного решеткой, все еще нельзя: недостоверны основные ядерные константы и промышленность поставляет слишком неоднородные по чистоте партии урана и графита. Ясно лишь одно: потребуются десятки тонн урана и сотни тонн графита. Курчатов торопит промышленность, а сам возглавляет опыты, которые должны привести к осуществлению цепной реакции деления.
Весной 1946 г. в нескольких сотнях метров от домика Курчатова на территории Лаборатории № 2 закончено здание «Монтажных мастерских» (условное название), куда переносят теперь основные опыты. В бетонированном котловане внутри здания выложили метровый слой графита и на нем начали складывать первый шар, заполненный уран-графитовыми блоками. Курчатов полагал достичь критических размеров за четыре-пять этапов, увеличивая каждый раз диаметр шара и используя весь наличный изготовленный к тому времени уран. В середине шара размещали уран и графит наибольшей чистоты. Наружный сферический слой решили выкладывать из окиси урана, так как металлического урана было в обрез. Третья кладка встревожила всех. Коэффициент размножения нейтронов увеличился незначительно. Энергично проведенные дополнительные измерения показали, что это не результат принципиального просчета, а третья партия урана оказалась значительно грязнее. Зато четвертая кладка вселила во всех уверенность, что цель близка.
Сотни тонн урана и графита перенесли в тот год рабочие «Монтажных мастерских». В декабре с большим воодушевлением вели кладку в пятый раз. Четвертая кладка показала, сколько надо добавить урана, чтобы развилась цепная реакция. Урана получено с избытком, чистота его проверена. Курчатов больше не сомневается в успехе, и теперь в предпусковые дни, полностью оставив организационные дела, он неотрывно работает в лаборатории.
Под защитной толщей земли и бетона в пультовой Курчатов со своими малочисленными помощниками наблюдают, как шаг за шагом сокращается путь к намеченной цели. 24 декабря 1946 г. стало ясно, что цепная реакция в первом физическом реакторе Ф-1 пойдет.
Последние слои урана клали при усиленной защите от непредвиденного разгона реакции. К шести часам вечера закончили сборку шестьдесят первого слоя, и Курчатов отпустил отдыхать всех рабочих. Но к часу ночи при все возраставшем волнении убедились, что кладку надо продолжать.
На следующий день выложили шестьдесят второй слой. Всего в Ф-1 вложили 45 т урана и 450 т графита.
Курчатов, возбужденный, не выпускал из рук логарифмической линейки, то садился за пульт управления, то отходил к столу, наносил на графики новые точки, показывающие рост потоков нейтронов, предсказывая показание приборов при новом положении регулирующего стержня. Наконец все сомнения разрешены.
В два часа дня 25 декабря Курчатов попросил всех не принимающих участия в измерениях покинуть «Монтажные мастерские».
Измерили фон, Бабулевич проверил исправность механизмов управления и защиты, часов в пять вечера Курчатов и Панасюк сели за пульт. С ними в «Монтажных мастерских» оставались Дубовский, Кондратьев и Павлов. Курчатов попросил их отойти от пульта и молча наблюдать за сигналами. Начали поднимать стержни. Всех охватило волнение. В пультовой слышны только щелчки в репродукторе, передающем импульсы нейтронных индикаторов, и краткие команды Курчатова.
Вначале реакция нарастала медленно, время удвоения интенсивности ее составляло десятки минут. Когда регулирующие стержни подняли выше, время удвоения сократилось до 134 секунд и счетчики «захлебнулись». Курчатов оценил мощность.
— Вот они, первые сто ватт от цепной реакции деления! Увеличить мощность реакции не хватило духу.
К ночи ликующий Курчатов и его пять помощников опустили стержни, погасив первую в Европе цепную реакцию деления урана.
На следующее утро сотрудники застали Курчатова в его рабочем кабинете поющим, возбужденным, с глазами, красными от бессонных ночей!
— Вчера пустили! Имеем! — радостным возгласом встретил он входящих в кабинет теоретиков, ближайших помощников в одержанной победе.
Большой важный этап работы был с успехом завершен!

продолжение книги...