Двенадцатого января 2013 г. научная общественность России отметила 110-ю годовщину со дня рождения руководителя отечественного атомного проекта, основателя Лаборатории № 2 АН СССР (ныне Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт») академика Игоря Васильевича Курчатова. Мне посчастливилось работать рядом с ним на первом этапе реализации атомного проекта. Не знаю, добавит ли эта статья что-либо новое к тому, что уже сказано об Игоре Васильевиче, но упустить возможность вспомнить о человеке, оставившем яркий след в истории российской науки и в моей жизни, не могу.
В разгар величайшего сражения Второй мировой войны — Сталинградской битвы — 22 сентября 1942 г., Государственный комитет обороны (ГКО) принял решение возобновить прерванные нападением фашистской Германии работы по овладению внутриядерной энергией. В военные годы это означало прежде всего изучение возможности создания атомной бомбы. В апреле 1943 г. для выполнения государственной задачи под Москвой была сформирована Лаборатория № 2 АН СССР, которую возглавил доктор физико-математических наук профессор И. В. Курчатов.
Игорь Васильевич Курчатов
Выбор не был случайным. До войны Курчатов весьма успешно руководил лабораторией аналогичного профиля в Ленинградском физико-техническом институте (ЛФТИ) и еще в 1940 г. предлагал Президиуму АН СССР развернутый план работ по урановой проблеме.
Первоначально штат Лаборатории № 2 состоял из одиннадцати научных сотрудников, приказом директора ЛФТИ академика А. Ф. Иоффе переведённых из Казани, где они работали после эвакуации из Ленинграда. Но вскоре специальным распоряжением ГКО И. В. Курчатову разрешили расширить штат Лаборатории до ста человек, предоставив ему право отзывать специалистов с любого предприятия, включая военные заводы и даже действующую армию. В октябре 1944 г. в число первой сотни «отзовистов» попал и я. Вспоминается, как это произошло.
МГУ и лаборатория
В 1941 г. я окончил физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова по специальности «физика колебаний». Получив диплом с отличием, был рекомендован в аспирантуру, однако в связи с начавшейся войной направлен в конструкторское бюро авиационного завода № 51, где с июля по октябрь проработал в должности инженера, расчётчика флаттера — вибраций крыльев и оперения самолета, возникающих во время полета. В октябре завод эвакуировали, я же с семьей из-за болезни матери остался в Москве и некоторое время был безработным. Но потом поступил в радиоцех при НИИФ МГУ, выпускавший радиоаппаратуру для нужд фронта. Поскольку моим хобби со школьных лет было радиолюбительство, меня зачислили ведущим инженером по выпуску продукции цеха и сдаче её представителю военного ведомства.
После возвращения из эвакуации основной части МГУ меня перевели на должность ассистента и научного сотрудника физического факультета, где я совмещал преподавательскую работу с научно-исследовательской деятельностью по разработке и изготовлению более сложной, чем в радиоцехе аппаратуры по заданиям Наркомата обороны. Вот с этого места меня, единственного из университета, и «отозвали». Возможно, кроме специализации, определенную роль сыграла и высокая степень допуска, которой я обладал, участвуя в работах с грифом «совершенно секретно».
В один из октябрьских дней 1944 г. мы с представителем Лаборатории № 2 проделали длинный путь из центра Москвы — сначала на метро до станции «Сокол», потом на трамвае до Покровского-Стрешнева. И, наконец, на поджидавшем нас маленьком автобусе с тремя молодыми выпускниками радиоинститута доехали до огромного пустыря — полигона с несколькими невысокими зданиями на его окраине.
У самого большого, трехэтажного корпуса (нынешнее Главное здание) нас четверых встретили и провели в кабинет И. В. Курчатова (к тому времени уже академика), где поговорили с ним в присутствии нескольких ведущих сотрудников Лаборатории. В их коллективы нас и распределили, и я оказался сотрудником сектора № 5, который возглавлял Д. В. Тимошук.
Первые впечатления
Первые несколько месяцев я занимался созданием довольно сложной радиоаппаратуры, например, катодного осциллографа (оснащение Лаборатории приборами оказалась беднее, чем в МГУ). Игоря Васильевича очень интересовала эта деятельность; во время ежедневных утренних и вечерних обходов он подходил ко мне, беседовал, брал почитать книги по радиотехнике, был весьма прост в обращении с молодыми собеседниками. В нём я не чувствовал даже следов академической важности, да и по возрасту он мало отличался — мне было уже 27 лет, а ему только 42 года!
Как-то во время очередного обхода Игорь Васильевич неожиданно попросил меня сделать небольшой приборчик для демонстрации радиоактивного излучения на его лекциях в Кремле. Состоял он из счетчика Гейгера, лампового усилителя (на миниатюрных лампах-желудях) и механического счетчика, яростно трещавшего в присутствии радиоактивного источника. Игорь Васильевич был очень доволен, а я рад, что прибор ему понравился.
К началу 1945 г. Курчатов уже «набросал» предварительный перечень основных работ по атомному проекту и назначил их руководителей — начальников тематических секторов. Например, созданием первого ядерного реактора должен был заниматься сектор № 1 во главе с ним самим и его ближайшим помощником И. С. Панасюком. Получением первого отечественного плутония — сектор № 3, возглавляемый братом Игоря Васильевича Б. В. Курчатовым; разделением изотопов урана — И. К. Кикоин и Л. А. Арцимович; разработкой конструкции и изготовлением атомной бомбы — Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович. Наш коллектив помогал сектору № 7, начальнику которого Г. Н. Флёрову и его помощнику В. А. Давиденко поручили рассмотреть возможность цепной реакции деления в системе естественный уран — обычная вода (Игорь Васильевич называл эту проблему «Наукой о воде»).
В связи с этим, начиная с 1945 г. Д. В. Тимошук начал приобщать меня к нейтронной физике. Мне эта тематика была в новинку, так как в тридцатые годы на физфаке студентов ядерной физике не обучали. И я с большим интересом занимался методикой радиоактивных индикаторов для детектирования плотности нейтронов. Наша помощь сектору № 7 заключалась в изучении замедляющих свойств аналога воды — парафина: мы пытались их улучшить механическим путем (перфорацией парафина). Однако довольно скоро и Флёров, и мы поняли, что решить задачу в предложенном варианте невозможно, и мы отложили её до «лучших времен».
Работа сотрудников Лаборатории была сконцентрирована в основном в Главном здании. Здесь же проходила и научно-образовательная деятельность. И. В. Курчатов обучал сотрудников новой науке, проводил семинары, на которых выступали с докладами ведущие исследователи, и общеобразовательные лекции по ядерной физике и специальной радиоэлектронике (их читали Л. А. Арцимович и М. С. Козодаев)[1].
В Главном здании не только работали, но и жили некоторые сотрудники и члены их семей. Конечно, это было удобно: дом и работа рядом. Кстати, и я вскоре получил прописку рядом с Лабораторией. А случилось это неожиданно. Как-то Игорь Васильевич деликатно спросил у меня, почему я так рано (в 10 часов вечера) ухожу с работы. В оправдание я рассказал ему, что после женитьбы летом 1945 г. переехал к жене за город и теперь трачу на дорогу полтора часа в один конец. Через некоторое время нам по распоряжению Курчатова выделили двухкомнатную квартиру в деревянном доме в районе нынешнего институтского дома культуры. Продолжительность моего рабочего дня значительно выросла.
Ставка на радиохимические эксперименты
На первом этапе решения атомной проблемы И.В. Курчатов придавал огромное значение радиохимическим экспериментам по получению нептуния и плутония.
Ещё летом 1943 г. он вызвал из Казани своего брата Бориса Васильевича и предложил ему заняться получением и изучением свойств трансурановых элементов № 93 (нептуний) и № 94 (плутоний). Расчеты теоретиков показали, что плутоний, точнее его изотоп с атомным весом 239, как и уран 235, способен делиться под действием тепловых и быстрых нейронов. А значит, он может стать ценнейшим ядерным горючим, пригодным для осуществления и управляемой ядерной реакции, и создания атомной бомбы.
Выбор Бориса Васильевича для решения этой важнейшей задачи был сделан неслучайно. Именно он обеспечил успех радиохимической части знаменитой работы братьев Курчатовых с сотрудниками 1935 г., в ходе которой была открыта ядерная изомерия радиоактивного изотопа брома.
Борис Васильевич Курчатов
О делах Бориса Васильевича и коллег мне рассказывала сестры Людмилы. Летом 1945 г. она окончила институт по химической специализации и осенью того же года поступила в сектор Б. В. Курчатова. Благодаря знаниям и хорошим рукам (в 1942 г. она работала вместе со мной в НИИФ МГУ радиомонтажницей высокого разряда), Людмила стала его незаменимой помощницей в экспериментах, и вскоре они поженились. А поскольку Борис Васильевич жил вместе с братом в его доме на территории Лаборатории, обе семьи Курчатовых объединились, а я получил ценный источник информации о текущих и прошлых событиях в их жизни.
Братья Курчатовы с женами: Мариной Дмитриевной и Людмилой Никифоровной
«Сейсмологический» нептуний
Идея первых опытов Б.В. Курчатова, проходивших сначала в неприспособленном для химических работ подвале Сейсмологического института в Пыжевском переулке, опиралась на предположение о том, что нептуний относится к группе актинидов — элементов с близкими химическими свойствами (89Ас, 90Th, 91Ра, 92U, …), аналогичной группе лантанидов редкоземельных элементов (57La, 58Се, 59Pr…). Близость химических свойств урана и нептуния затрудняла работу по их разделению, но аналогия в свойствах актинидов и лантанидов (образование последующих элементов в обеих группах обусловлено заполнением внутренних электронных оболочек атомов) позволяла рассчитывать на возможность использования при выделении нептуния методики, разработанной Б. В. Курчатовым для группы лантаноидов.
Для реализации идеи Борис Васильевич провел примерно недельное облучение урана нейтронным источником и применил для выделения нептуния упомянутый выше метод разделения лантанидов. Успех был полный. Химические свойства нептуния оказались сходными со свойствами лантанидов. Окончательным подтверждением получения нептуния стало доказательство существования у выделенного образца нептуния b радиоактивности с периодом полураспада Т1/2~23 сут. Полностью работу завершили весной 1944 г. уже на новой территории Лаборатории № 2. На основе полученных результатов Б.В. Курчатов разработал так называемый лантано-сульфатный метод очистки 93-го элемента, особо простой и надёжный.
Плутоний из бочки с водой
Летом 1944 г. рядом с Главным зданием появилась химическая лаборатория для опытов Б.В. Курчатова по получению плутония. По конструкции она напоминала обычный погреб с откидывающейся крышкой на петлях и крутой лестницей. Здесь установили довольно большую бочку с водой, погрузив в нее колбу, содержащую около 10 кг растворимых солей урана, с нейтронным источником в центре. Вода была нужна для замедления быстрых нейтронов источника до тепловой энергии, при которой их взаимодействие с ураном происходит наиболее эффективно.
Процесс накопления плутония 239 происходит в цепочке реакций:
Промежуточный продукт в ней накапливался практически до насыщения уже через пару недель. Однако, для получения более менее значительного количества , предположительно имеющего большой период полураспада, потребовалось длительное (около 3 месяцев) облучение.
В октябре 1944 г., когда завершили облучение урана, начался второй этап — выделение плутония. Опыты, длившиеся с переменным успехом около полугода, проводили на пяти отдельных порциях от 0,5 до 2,0 кг облученного урана с несколькими вариациями химических операций. Наконец, в апреле 1945 г. из последней 2-х кг порции урана удалось выделить препарат, показавший a-радиоактивность с периодом полураспада Т1/2 ~ 31000 лет. Это было очень важное достижение: плутоний действительно получили, но лишь в индикаторном количестве (его существование обнаруживало себя только в форме a-распада).
«Циклотронный» плутоний
Новый успех пришел после того, как облучение урана стали проводить на первом небольшом циклотроне Лаборатории № 2 (его запуск, осуществлявшийся под руководством И.В. Курчатова и Л.М. Неменова, стал одной из первых значительных побед в решении атомного проекта). В то время это был единственный действующий циклотрон на территории Советского Союза, дававший поток нейтронов на порядок больше, чем нейтронный источник. Всего на установке облучили 10 крупных (по 5 кг) порций уранилнитрата, заключенных в парафин. Облучение продолжалось c декабря 1945 г. по сентябрь 1946 г. и длилось до 150 часов для каждой порции. В результате Б.В. Курчатов отработал технологию выделения плутония настолько хорошо, что теперь индикаторную порцию плутония запросто мог получить любой лаборант-химик. И общее количество выделенного плутония уже выражалось в единицах веса (1,8×102 мкг). Но только выражалось, а не весило. Для разработки химии плутония требовалось его весовое количество. Эту задачу команде Б.В. Курчатова удалось решить позже, после пуска физического реактора. Между тем работа по его созданию шла в Лаборатории №2 полным ходом.
Нейтронно-физические эксперименты по проверке чистоты графита
Выбранный И.В. Курчатовым вариант реализации цепной ядерной реакции деления требовал нескольких десятков тонн урана и нескольких сотен тонн графита исключительной (спектральной) чистоты. В них не должно быть даже следов веществ, сильно поглощающих нейтроны (кадмий, бор и др.). Поэтому первый этап работы по созданию уран-графитового реактора заключался в проверке степени загрязнения графита и урана и разработке методики их очистки.
Проверка качества промышленного графита началась весной 1945 г. Для этих целей недалеко от Главного здания установили большую армейскую брезентовую палатку. В связи с круглогодичным характером работы в ее левом углу вырыли обогреваемую электроплиткой землянку, где стояли два стула и стол с измерительной аппаратурой и внутренним телефоном для связи с кабинетом И.В. Курчатова. Степень загрязнения материала вредными примесями определялась группой лаборантов под руководством И.С. Панасюка.
В палатке соорудили большую графитовую призму с нейтронным источником в центре и методом радиоактивных индикаторов (индиевая фольга) или с помощью ионизационной камеры, наполненной газом BF3 (детектор нейтронов), измеряли распределение плотности тепловых нейтронов в зависимости от расстояния до источника. Обработка этих данных позволяла определить длину диффузии тепловых нейтронов L, по значению которой можно было судить о чистоте графита (чем L больше, тем материал чище).
Промышленный графит выпускали в виде электродов для металлургических работ, он содержал около процента вредных примесей, что в 100 раз превышало допустимое количество. Борьба с ними заняла полгода напряженной работы по созданию совместно с работниками завода новой технологии его очистки. К октябрю 1945 г. это удалось сделать, и в Лабораторию начал поступать достаточно чистый графит, который, однако, продолжали проверять, но более оперативным способом — сравнительным методом, сущность которого заключалась в том, что некоторая часть эталонной графитовой призмы заменяли вкладышами из проверяемой партии и полученные диффузионные характеристики сравнивали. Вкладыши с пониженным счетом нейтронов считали браком.
На заключительном этапе нейтронно-физического эксперимента из отобранных достаточно чистых брусков графита во второй палатке, установленной весной 1946 г. вблизи строящегося для будущего реактора здания «К» (от слова «котел», как первоначально называли ядерный реактор), соорудили гигантский куб 6х6х6 м3 весом 365 т с источником нейтронов в центре. Длина диффузии нейтронов оказалась равной 48,5±1 см (для идеально чистого графита L=54 см), что указывало на пригодность материала для сборки реактора. Эту работу Курчатов завершил в октябре 1946 г.
Экспоненциальные опыты по определению критических размеров ядерного реактора и чистоты урановых блоков
Теория экспоненциальных опытов была развита И.Я. Померанчуком еще в январе 1944 г. Однако поставить их И.В. Курчатову и И.С. Панасюку удалось только через два года, когда в Лабораторию начал поступать металлический уран. Эксперимент проводили в два этапа. На первом в графитовой призме 100х100х350 см3 измерили длину диффузии тепловых нейтронов (L=48±2 см). На втором использовали бруски с просверленными цилиндрическими каналами, которые в разных вариантах эксперимента заполняли ураном полностью (800 кг), или наполовину (400 кг), либо вместо урана использовали эквивалентные по поглощению нейтронов алюминиевые цилиндры со смесью бора с парафином. По значениям длины диффузии, полученным в разных вариантах измерений, теория И.Я. Померанчука с поправками В.С. Фурсова дала для коэффициента размножения в системе бесконечно больших размеров значение k¥=1,09±0,02, из которого для критического радиуса реактора Rкр (соответствующего коэффициенту размножения k=1 системы реальных размеров) получилось совсем небольшое значение Rкр=2,0 м.
Однако эту оптимистическую величину k¥»1,09 получили при использовании всего лишь 800 кг специально отобранного особо чистого урана, а для сооружения реактора требовалось несколько десятков тонн. Поэтому оставалась весьма актуальной задача проверки качества вновь поступающих партий урана. Чтобы сделать ее оперативной (не требующей 800 кг для сооружения призмы), использовали сравнительный метод, аналогичный примененному раньше при проверке качества графита: сравнивали скорости счета нейтронов для небольшой (100150 кг) испытуемой и такой же эталонной партии урана. Годными считались только те партии урана, которые при проверке в пересчете на k¥ давали значения в пределах 1,0£k¥£1,09. При этом, кроме урана, были также проверены UO2 и U3O8.
Конструкция реактора Ф-1 и особенности его запуска
И.В. Курчатов не мог ждать момента, когда в Лабораторию поступит достаточное количество урана наилучшего качества, и решил использовать для сооружения первого физического реактора, названного Ф-1, весь имеющийся незабракованный уран и графит. В этом случае оценка k¥ приводила к значению 1,04, а радиус реактора (с учетом графитового отражателя нейтронов толщиной 0,8 м) достигал 4,5 м. В итоге диаметр установки шарообразной формы получался равным 9 м, причем нижнюю половину шара для устойчивости требовалось достроить до цилиндра. В результате оказалось, что для сооружения реактора необходимо примерно 50 т урана и 500 т графита.
К июню 1946 г. уже было построено здание «К»[2] размерами 15х40 м2 и высотой 8,5 м с бетонированным котлованом 10х10 м2 и глубиной 7 м для размещения в нем самого ректора.
Здание «К» — «Монтажные мастерские»
Помещение для обслуживающего персонала также находилось ниже уровня земли и защищалось от радиации железобетонной стеной и 15-метровым слоем грунта. Попасть оттуда в котлован можно было только через зигзагообразный наклонный тоннель, не пропускающий радиацию.
Для уточнения размеров реактора в котловане изготовили несколько его подкритических моделей возрастающих размеров, в центре которых измеряли плотность нейтронов спонтанного деления. В результате для Rкр получилось значение 3,8 м, а количество требующегося графита снизилось до 400 т.
Подкритическая модель №1
1 — бочка с эталонным полем тепловых нейтронов; 2 — BF3 камера с выносным каскадом;
3 — линейный импульсный усилитель; 4 — пульт управления; 5 — аккумулятор
Сооружение реактора началось 15 ноября 1946 г., когда в Лаборатории было немногим больше половины требующегося металлического урана. Поэтому при сборке использовали также спрессованные брикеты из окислов урана. Поскольку бруски графита имели прямоугольную форму 10х10х60 см3, то сооружаемая установка представляла собой слоистую конструкцию, каждый десятисантиметровый слой которой был либо чисто графитовый (8 нижних и 8 верхних слоев защиты отражателя нейтронов), либо состоял из брусков графита с просверленными в них на определенных расстояниях каналами для урановых блоков и брикетов (60 слоев активной зоны). Загрузку урана проводили по принципу: лучшие сорта в центре, похуже дальше от него, брикеты на периферии. По такому же принципу размещали графит.
В проекте конструкции реактора были предусмотрены 3 вертикальных канала для стержней СУЗ (система управления и защиты), 5 горизонтальных каналов для измерительных приборов, а также установок небольшого размера и сквозной горизонтальный тоннель сечением 40х60 см2, проходящий через центр реактора, заполненный 14-ю вкладышами из уран-графитовой решетки. Заменив вкладыш на экспериментальную установку таких же размеров, можно было поставить опыт по ее облучению в любом месте реактора, включая центр.
В соответствии с проектом реактор должен был приобрести критичность после укладки 68-го слоя. Однако измерение скорости счета плотности нейтронов спонтанного деления показало, что он может «ожить» раньше. Так и случилось! После укладки 62-го слоя при подъеме стержня СУЗ счет нейтронов начал неудержимо нарастать, не достигая насыщения. Чтобы остановить этот рост стержень пришлось опустить. Реактор «ожил» досрочно, не добрав 6 слоев до проектных 68. Это произошло 25 декабря 1946 г. в 15 часов. А 28 декабря И.В. Курчатов и кураторы атомного проекта Л.П. Берия, Б.Л. Ванников и М.Г. Первухин рапортовали И.В. Сталину о пуске опытного реактора Ф 1. Наши ученые овладели секретом получения атомной энергии.
Через пару недель, 9 января 1947 г., в кремлевском кабинете Сталина состоялось совещание, на котором обсуждалось состояние научно исследовательских работ по использованию атомной энергии. От Лаборатории № 2 на нем выступили с докладами И.В. Курчатов, И.К. Кикоин, Л.А. Арцимович и Ю.Б. Харитон.
Кинетика реактора Ф-1
Я не был участником пуска реактора, но работал на нем сразу после знаменательного события как дежурный физик.
В Лабораторию продолжали поступать партии урановых блоков, предназначавшиеся теперь для сооружения промышленного реактора, проектированием которого И.В. Курчатов и В.И. Меркин начали заниматься еще в 1945 г. Блоки, как оказалось, гораздо удобнее было проверять не описанным выше способом в уран-графитовой призме, а методом сравнения реактивности реактора в случае его запуска в обычных условиях и при замене некоторого количества «родных» блоков на испытуемые. И меня как «специалиста» по проверке качества урановых блоков (я участвовал в ней весной 1946 г. на циклотроне) пригласили заняться этой работой.
Важная особенность Ф-1 — небольшой коэффициент размножения k=1,005, только на 0,5% превышавший равновесное значение k=1. В связи с этим цепная реакция в нем могла происходить только при участии в ее процессе так называемых запаздывающих нейтронов, доля которых в составе спектра вторичных нейтронов равна 0,64% (т. е. больше 0,5%, а значит без них k<1). И поскольку запаздывающие нейтроны вылетают в процессе деления не мгновенно, а с некоторой задержкой, то реактор, работающий с их участием, «разгоняется» до заданной мощности и «затухает» после выключения очень медленно. Настолько, что им можно было управлять вручную, поднимая или опуская с помощью обыкновенной лебедки регулирующий стержень с нанесенными на нем сантиметровыми делениями. За положением стержня можно было наблюдать в перископ. Позднее (в 1950 г.) перископ заменили на специально изготовленную оптическую систему, а лебедку электросельсинами.
В обязанности дежурного физика, кроме проверки качества блоков, входил запуск реактора и разгон его до определенной мощности с целью сравнения величины реактивности r=(k1)/k»k1. Поскольку реактивность линейно зависит от глубины погружения регулирующего стержня, то о ее величине можно было судить по значению цифры на стержне, видной в перископе.
Курчатов в рабочем кабинете. Середина 1950 х годов
Заметим, эти измерения не требовали запуска реактора на большую мощность и были вполне безопасны для обслуживающего персонала. Если же возникала необходимость в большой мощности, то ректор запускали дистанционно (из Главного здания, отстоящего более чем на полкилометра). В отличие от первого американского, наш Ф-1 имел воздушное охлаждение и позволял это делать. Такие запуски проводили по воскресеньям, когда сотрудников на территории не было, на местном жаргоне их называли «свадьбой» (кстати, графитовую призму И.С. Панасюка называли «кучей», а подземную химическую лабораторию Б.В. Курчатова «погребом»). На реакторе я проработал (с перерывами на текущую работу в секторе №5) вплоть до осени 1947 г.
Химия плутония
Весной 1947 г. в Лаборатории №2 был сделан еще один важный шаг на пути к созданию атомной бомбы. Б.В. Курчатов с сотрудниками получил весовое количество плутония после облучения на реакторе Ф-1 двух 5-и кг порций окислов урана. В апреле 1947 г. Лаборатория уже располагала двумя образцами плутония весом 6,1 мкг и 17,3 мкг, т. е. в 1300 раз больше общего количества «циклотронного» плутония.
Полученные весовые порции были использованы для изучения свойств химических соединений плутония, свободного от лантанного носителя, а также для исследования растворимости его труднорастворимых соединений (гидроокиси, фторида, гидрата, перекиси, иодита). Решение обеих этих задач было необходимо для разработки химии выделения плутония в килограммовых количествах из урана, облученного в промышленном реакторе, строительство которого уже шло под руководством И.В. Курчатова в Челябинске 40 (ныне Производственное объединение «Маяк») на Урале. Физический пуск промышленного реактора (для его сооружения потребовалось 72,6 т урана) состоялся 8 июня, а рабочий (с охлаждающей водой) — 10 июня1948 г.
Борис Васильевич проверил свой метод и непосредственно на «Маяке», однако, специальная комиссия по приему и внедрению разработанной технологии отдала предпочтение конкуренту Б.В. Курчатова, академику В.Г. Хлопину, хотя сам Хлопин высоко оценил лантано-сульфатный метод Б.В. Курчатова.
22 июня 1948 г. промышленный реактор достиг заданных параметров в 100 МВт и начал непрерывную круглосуточную работу по получению в заводских масштабах нового ядерного горючего — плутония. Курчатов вплотную приблизился к главной цели — созданию атомной бомбы.
Арзамас 16
Конструирование и изготовление атомной бомбы осуществляли в филиале Лаборатории № 2, в КБ 11 (теперь это ВНИИЭФ), находившемся в закрытом городе Арзамас 16 (ныне г. Саров Нижегородской области). Я был командирован туда в конце 1947 г.
Предыстория этой командировки такова. Во время работы на реакторе Ф-1 я познакомился со старшим научным сотрудников сектора № 12 И.И. Гуревича Ю.А. Зысиным, который был связан с сотрудниками КБ 11 совместными проектами. В тот момент он набирал команду молодых физиков для длительной работы в конструкторском бюро. К осени 1947 г. ему удалось сагитировать двух сотрудников Лаборатории, а ближе к зиме он «соблазнил» и меня. Замечу, что в КБ уже трудились знакомые мне по совместной работе («Наука о воде») Г.Н. Флёров и В.А. Давиденко.
На сборке моделей первого советского уран-графитового атомного реактора Ф-1 в Лаборатории №2 АН СССР
Арзамас 16 вместе с инфраструктурой, железнодорожным вокзалом, монастырем, аэродромом, заводом сельскохозяйственных машин и живописными окрестностями был опоясан изгородью из колючей проволоки длиной около 80 км, в пределах которой, кроме местных, жили еще три категории населения: приехавшие в командировку научно технические сотрудники КБ 11, заключенные, возводившие новые лабораторные корпуса, и, разумеется, охрана.
На следующий день после прибытия нас по очереди принял научный руководитель КБ 11 член корреспондент АН СССР Ю.Б. Харитон (директором КБ 11 был генерал П.М. Зернов). Харитон занимал должность главного конструктора, а его заместителем являлся известный физик-теоретик Я.Б. Зельдович (самый молодой член-корреспондент АН СССР в то время). Оба по праву занимали эти высокие посты. Широко известно, что именно они еще в 1939 г. создали теорию цепной ядерной реакции деления урана.
Я рассказал Ю.Б. Харитону о работе в секторе № 5 по радиотехнике и нейтронной физике, на циклотроне и реакторе Ф-1, ответил на некоторые его вопросы. После этой встречи меня и двух других сотрудников Лаборатории № 2 зачислили в лабораторию Г.Н. Флёрова.
Первое время нам, новичкам, читали курс ядерной физики, порекомендовали целый ряд статей и книг. После того как образовательная программа завершилась, каждому из нас определили конкретную задачу. Мне поручили изучить спектр нейтронов деления урана. В это время я уже более-менее ясно представлял состояние атомной проблемы в стране и за рубежом, в частности, прочел известный отчет Г.Д. Смита «Атомная энергия для военных целей», и хорошо понимал важность и сложность предстоящей работы: мне надо было измерить не только спектр вторичных нейтронов естественного урана (программа-минимум), но и его чистых изотопов 233U и 235U, а также изотопа плутония 239Рu (программа- максимум).
Во время очередной встречи с Г.Н. Флёровым я поделился с ним своими несколько наивными соображениями о будущих исследованиях по программе-максимум, но Г.Н. Флёров посоветовал сосредоточиться в первое время на программе-минимум, выбрав подходящий метод изучения спектра нейтронов. «Думайте над этим дальше, а о том, что надумаете, расскажете мне, когда я недели через две вернусь из Москвы», — сказал он и улетел.
В моей голове начал вырисовываться конкретный план предстоящих исследований, выглядевший несколько фантастическим, потому что требовал наличия хороших пучков нейтронов (а их не было ни на маленьком циклотроне, ни на реакторе Ф-1) и чистых изотопов урана и плутония, которых тоже пока не было. Тем не менее, по возвращении Флёрова из Москвы мы обсудили эту программу и решили, что я возьму на вооружение фотоэмульсионный метод и на первых порах займусь исследованием спектра нейтронов деления естественного урана, зарегистрированного в виде протонов отдачи на фотопластинке, облученной «в связке» с ураном тепловыми нейтронами реактора.
Увы, эту работу мне так и не удалось выполнить в Арзамасе. Возвратившись на короткое время в Москву, я встретился в Лаборатории №2 с И.И. Гуревичем, чтобы передать ему от Флерова нейтронный источник, а заодно обсудить с ним и наши проблемы. Внимательно выслушав меня, Исай Исидорович совершенно неожиданно предложил мне не возвращаться в КБ 11, поскольку гораздо быстрее и лучше можно выполнить намеченную программу у него в секторе. На мой вопрос, не будет ли это плохо воспринято Флеровым, Гуревич ответил, что юридическую сторону ситуации он отрегулирует с Харитоном по телефону. Взвесив все плюсы и минусы, я решил остаться в Москве. В результате моя попытка поучаствовать в создании атомной бомбы сорвалась и началась длительная и вполне успешная работа в секторе И.И. Гуревича. Замечу только, что намеченную программу-максимум я действительно довольно быстро и хорошо выполнил, ее результаты легли в основу кандидатской диссертации, защищенной в 1952 г.
А через несколько лет (1957 г.) в секторе Гуревича я завершил и другую весьма обширную программу исследований, названную И.В. Курчатовым «Наукой о воде», участниками которой в 1945 г. были Г.Н. Флёров, В.А. Давиденко и мы с Д.В. Тимошуком. Я вернулся к этой проблеме в начале 1950-х гг. на новом уровне ее понимания, когда стало ясно, что при использовании естественного урана, слегка обогащенного изотопом 235U, задача создания реактора с замедлителем из обычной воды становится решаемой. В связи с этим «Наука о воде» стала весьма востребованной, особенно в процессе начавшегося проектирования водо-водяных энергетических реакторов.
Курчатов. 1956 г.
И хотя этот цикл работ был завершен в 1957 г., основные результаты выдержали испытание временем и, использованные в докторской диссертации автора (1963 г.), оказались лучшими по сравнению с аналогичными зарубежными данными, полученными позже.
Команда Курчатова между тем через год после пуска промышленного реактора на Урале решила и главную задачу: создала первую отечественную атомную бомбу. Ее испытание состоялось 29 августа 1949 г. на ядерном полигоне, расположенном в прииртышской степи, примерно в 170 км западнее города Семипалатинска Казахской ССР. На следующий день после испытания, 30 августа 1949 г., Л.П. Берия и И.В. Курчатов подписали и отправили на имя И.В. Сталина рукописное сообщение: «Докладываем Вам, товарищ Сталин, что усилиями большого коллектива советских ученых, конструкторов, инженеров, руководящих работников и рабочих нашей промышленности, в итоге 4-летней напряженной работы, Ваше задание создать советскую атомную бомбу выполнено…» [3].
В заключение автор выражает искреннюю благодарность П.А. Алексееву и М.Е. Хализевой за ценные советы и большую помощь в работе над этой статьей.
Примечания
[1] Любопытно отметить, что из-за отсутствия в Главном здании просторного зала вся научно-образовательная деятельность И.В. Курчатова проводилась на лестничной площадке второго этажа, которая в то время еще не была застроена кабинетами и имела огромные размеры.
[2] Его вскоре стали называть «Монтажные мастерские»
[3] В этом рапорте атомная бомба названа открытым текстом. В других служебных документах в целях конспирации ее называли «реактивным двигателем (РД)». В первой бомбе (РДС-1) в качестве ядерного заряда был использован Pu-239, во второй (РДС-2) — U-235.
Напечатано в журнале «Семь искусств» #9-10(46) июнь 2013
7iskusstv.com/nomer.php?srce=46
Адрес оригинальной публикации — 7iskusstv.com/2013/Nomer9-10/Muhin1.php
