Высокой оценкой успехов И. В. Курчатова партией и правительством было награждение его 18 ноября 1944 года орденом Ленина.


Реактор пошел!


Главное направление

Как образно выразился один ученый, чем бы в первые военные годы Игорь Васильевич ни занимался, мысленно он непрерывно шел по следу управляемой ядерной реакции.
Результатом большой работы Курчатова явилось не только четкое определение всех возможных путей получения атомной энергии, но и выбор главного направления, которое раньше других приведет к цели. Этим главным направлением стала уран-графитовая система. Вывод о возможности цепной реакции в уран-графитовой системе был новым фундаментальным вкладом И. В. Курчатова в советскую атомную науку.
Насколько важно было для быстрейшего овладения атомной энергией сделать этот очень смелый и прозорливый вывод, можно подтвердить практикой немецких ученых. Как стало впоследствии известно, в обстановке лихорадочной подготовки к войне заправилы фашистской Германии проявляли большой интерес к созданию атомной бомбы. В апреле 1939 года на секретном совещании ряда ведущих физиков-атомников – Иосса, Ханле, Гейгера, Маттауха, Бете и Гофмана, было создано урановое объединение, взявшее в свои руки все исследовательские работы по использованию атомной энергии в военных целях. Это объединение возглавил крупнейший германский физик Гейзенберг. В его распоряжение было предоставлено некоторое количество урана.
В том же году в Германии был основан второй центр по созданию атомного оружия под руководством профессора Шумана, а вскоре и третий – во главе с известным инженером-физиком Манфредом фон Арденне. В июне 1942 года фашистские главари, видимо недовольные слабыми темпами работ, объединили все исследовательские силы под руководством Геринга. Но фашистам так и не удалось создать новое оружие.
Теперь мы уже знаем, что физиков Германии постигла неудача именно на первом этапе, при выборе главного направления. Произведенные ими измерения характера поглощения нейтронов графитом привели к ошибочному выводу, что углерод вообще нельзя использовать в качестве замедлителя в реакторе на естественном уране. Поэтому они с самого начала отказались от попыток построить уран-графитовый реактор.
Германские физики сделали главную ставку на использование в качестве замедлителя тяжелой воды. В самой Германии она не производилась. Попытка завладеть запасом тяжелой воды, которым располагала лаборатория Жолио-Кюри, провалилась, так как патриоты Франции вовремя вывезли ее из Парижа сначала в Клермон-Ферран, потом в Бордо и Лондон. Фашисты протягивали свою лапу и к норвежской тяжелой воде. Но союзники организовали взрыв на предприятии и сорвали дальнейшее производство. Когда гитлеровцы решили вывезти запасы тяжелой воды по озеру, паром был подорван и пошел ко дну со своим ценным грузом.
Просчет в отношении графита и провал попыток овладеть запасами тяжелой воды задержали ход работ физиков фашистской Германии в области атомной энергии, хотя надо подчеркнуть, что недостаточная экономическая и техническая мощь Германии того времени все равно не позволила бы ей наладить массовое производство атомного оружия.
Советские ученые, и в первую очередь Игорь Васильевич, держали твердый курс на использование в первом реакторе в качестве топлива природного урана (обогащенным ураном мы тогда не располагали), а замедлителя – графита.
Осуществлению цепной реакции предшествовала экспериментальная и теоретическая работа по дальнейшему исследованию процессов деления и измерения нейтронно-ядерных констант. Работа проводилась под руководством и с участием И. В. Курчатова. Это было направление, которое лично и непосредственно возглавил Игорь Васильевич.


Как вы делаете алмазы?

Вернемся немного назад, к июлю 1943 года, в Пыжевский переулок. И. С. Панасюк вспоминает, что уже тогда Игорь Васильевич четко определил ему аадачу: работать над уран-графитовой системой. Он показал свой расчет: реакция пойдет при сечении захвата нейтронов ядрами графита около 4*10^-27 см^2. Курчатов тогда добавил, что он считает такое сечение реальным.
– Но такое сечение захвата будет только у самого чистого графита. Любая примесь ухудшает дело.
Через несколько дней Курчатов и Панасюк были уже на заводе, делающем графитовые электроды для производства алюминия. Познакомились с технологией, захватили с собой несколько образцов.
В подвале дома в Пыжевском переулке соорудили установку для измерения сечения захвата графитом нейтронов. По заданию Игоря Васильевича видные ученые Ю. Я. Померанчук и И. М. Гуревич разработали метод наиболее точного измерения сечения захвата. Регистрация медленных нейтронов осуществлялась с помощью ионизационной камеры, наполненной не инертным газом, как обычно, а соединением бора с фтором, называемого «бор-фтор-три». Так ее и именовали в обиходе; борная камера. Как только в эту камеру попадал медленный нейтрон, ядро бора взаимодействовало с ним, и в результате испускалась альфа-частица, которая инонизировала газ. Электрический импульс усиливался радиосхемой. Эта камера в сочетании с источником нейтронов позволяла измерять сечение захвата графита любой марки.
В процессе работы над этой камерой произошло первое знакомство Игоря Васильевича с Алексеем Кузьмичом Кондратьевым, которому шел тогда... четырнадцатый год. Мальчишка бегал по лаборатории, подносил то одну, то другую деталь, помогал во всем старшим. Игорь Васильевич, заметив его серьезность и деловитость, заулыбался.
– Ну давай знакомиться, – протянул он руку.
Тот представился, как взрослый, даже голос звучал басовито:
– Алексей Кузьмич Кондратьев.
– Значит, Кузьмич... Ну хорошо, работай.
С тех пор с легкой руки Курчатова, так и называли его – Кузьмичом.
В лабораторию его привела работница из хозотдела – очень уж смышленый, говорит, мальчонка, да и семья нуждается сильно. К чему готовить парня, в лаборатории не знали. Когда доложили Игорю Васильевичу, тот сказал:
– Пусть будет пока на подхвате, а там увидим. Мальчик старался изо всех сил. Они впрямь был очень сообразительным, хорошо помогал специалистам, а потом и сам стал лаборантом.
Как-то Курчатов, будучи в Центральном Комитете партии, рассказал о юном работнике института. С тех пор как только он появлялся в ЦК, его обязательно спрашивали:
– Ну, как поживает Кузьмич?
– Кузьмич растет, как и наше дело, – отвечал обычно Курчатов.
...Первые же замеры показали, что сечение захвата нейтронов в десять раз больше допустимого. Расстроенный Панасюк повторил измерения. Но приборы подтвердили прежний результат.
– Эти образцы относятся к нейтронам, как голодные волки к ягнятам, – резюмировал он свой доклад Курчатову.
Но Игорь Васильевич (разговор шел в его кабинете) не был удивлен, он ждал такого результата – ведь никакой специальной обработки этот графит не проходил.
На одном из заводов обнаружили довольно чистый графит.
Но измерения показали, что и новая порция графита для реактора не подходит. Слишком жадно захватываются нейтроны. Примеси действовали губительно.
Игорь Васильевич собрал специалистов. Решили больше не полагаться на удачу в поисках готового продукта, а заказать его промышленности.
Дать чистый графит с ходу заводы, конечно, не могли. Надо было прежде технически и технологически перестроить производство. Нужны были опытные в этом деле люди. И такие люди нашлись: Владимир Владимирович Гончаров и Николай Федотович Правдюк.
Владимир Владимирович, или Веве, как его по инициалам дружески называл Игорь Васильевич, работал в институте почти с самого его основания. Правдюка Игорь Васильевич знал хорошо по Крымскому университету и работе в Баку, а потом в Москве, и привлек как специалиста по электрометаллургии, ученика академика А. А. Вайкова. Разыскал же Правдюка он с помощью... радиовещания.
Как-то по радио передавался указ о награждении орденами работников танковой промышленности. В числе награжденных был Правдюк Николай Федотович. Срочно был найден адрес, и ему полетела приветственная телеграмма от друга юности. А потом Курчатов явился к Правдюку домой. Правда, хозяина не застал, но попросил передать, чтобы он непременно приехал к нему.
При встрече Игорь Васильевич спросил Николая Федотовича, не пошел бы он к нему помогать в трудном деле, близком к его специальности.
– Я бы рад, – отметил Правдюк. – Но меня не отпустят – ведь война не кончилась.
– И у нас фронт, и у нас битва.
Договорились, что Игорь Васильевич начнет хлопотать...
Под непосредственным руководством Курчатова были разработаны требования к реакторному графиту, который должна дать промышленность. И очень жесткие для производства. Достаточно сказать, что примесь бора не должна была превышать миллионных долей, а редких земель – должно было быть еще меньше.
...На заводе старались удовлетворить требования института за счет выбора самого чистого сырья. Курчатов и Гончаров часто ездили на завод, помогали производственникам. Вскоре подключился к этой работе и Н. Ф. Правдюк. Почти каждый день он докладывал о делах Игорю Васильевичу. Тот выслушивал, уточнял, советовал, записывал в свою книгу то, что он решил предпринять.
В одну из таких бесед Николай Федотович рассказал об обсуждении требования института к чистоте графита в дирекции завода. Директор жаловался: «Ваши требования многие встречают в штыки. А мы им ничем возразить не можем, сами не понимаем, для чего вам такая дьявольская чистота графита?»
– Ну что я мог ответить? – улыбается Правдюк. Курчатов, поглаживая бороду, соглашается:
– Безусловно, звонить в колокола мы не можем.
– На этой почве, – продолжает Правдюк, – произошла даже курьезная история. Ко мне на заводе подошел инженер. «Я, – говорит, – понимаю важность жестких требований. Но скажите, каким методом вы делаете алмазы? Я всю литературу перечитал. Как высоздаете давлениеикаковвыход продукции?»
Игорь Васильевич от души посмеялся – действительно, неожиданный вывод – алмазы!..
И все же, когда стали испытывать графит, то обнаружился брак. Была введена новая технология, хотя и усложнившая производство, но от нее ждали чистого продукта. На заводе создали специальную лабораторию. Один из лучших советских специалистов по графиту возглавил заводские испытания. Графит пошел лучшего качества.
Наконец физические испытания института тоже подтвердили, что партия графита, полученная с завода, имеет сечение захвата, не выходящее за пределы контрольной цифры, данной Игорем Васильевичем. Курчатов вздохнул облегченно. Но темпов, предупредил он, не ослаблять, наоборот, повышать их – ведь графита только для первого реактора нужно сотни тонн. Да и физические испытания в институте надо вести более широким фронтом, чтобы ни один графитовый кирпич не миновал их.
Измерения проводились в двух «госпитальных» палатках, развернутых прямо напротив здания института. Часто сюда приходил Игорь Васильевич, сам садился за установку, выполнял измерения час, другой, третий...


Уран

Если по теоретическим расчетам графита требовалось сотни тонн, то урана несколько меньше – до 50 тонн. Но проблема обеспечения реактора ураном была ничуть не более легкой.
Тут цепь предприятий, от которых зависело получение продукта высокой чистоты, была еще длиннее. Она начиналась с рудника, где добывалась урановая руда, проходила через обогатительные фабрики и заводы металлического урана. Процесс производства урана осложнялся тем, что требовалась аппаратура, изготовленная из специальных материалов. При этом должна была соблюдаться очень точная дозировка реагентов и строжайше поддерживаться необходимая температура. Получение металлического урана невозможно без большого количества исключительно чистых реактивов.
Еще одна сложность. После переработки сотен тони урановых концентратов, поступающих с обогатительных фабрик, надо получить исключительно чистый уран, содержание отдельных примесей в котором не должно превышать миллионных долей. Особенно нетерпимы и здесь бор, кадмий, индий, редкие земли.
Как только был получен уран в виде порошка, окиси и металлических слитков, начались интенсивные измерения его физических характеристик. Источники нейтронов помещали для этого в графитовую призму и водяной бак. Применялись как бы две нейтроновые пушки. Они и «стреляли» по образцам урана и графита.
Теоретически было ясно, что осуществить цепную ядерную реакцию вполне возможно. Но практически нейтроны могут захватываться ядрами без деления или просто вылететь за пределы реактора. Надо было получить как можно больше сведений о механизме возникновения вторичных нейтронов, о сечениях реакции их взаимодействия с ураном и замедлителем, причем данные нужны были в широком диапазоне энергий, начиная от той, которую нейтроны имеют в момент деления ядер, и кончая энергией обычного теплового движения частиц.
Еще никогда в распоряжении Игоря Васильевича, так близко в идеях подходившего к получению атомной энергии, не было металлического урана – прямого источника этой энергии. Когда была получена первая партия, он вызвал сотрудников, ответственных за этот участок работы, и показал на запакованное богатство:
– Знакомьтесь: уран.
Знакомиться с ураном действительно нужно было основательно. Ведь малейшее незнание грозило опасностью. Это подтвердил такой случай.
Один из лаборантов, В. К. Лосев, измерял в палатке вторичные нейтроны, как вдруг увидел оранжевое пламя. Огонь моментально перекинулся на палатку, она загорелась. Все присутствовавшие уже боролись с пламенем. Одним из первых прибежал к палатке Курчатов.
– Водой не заливать, – властно командовал он, – засыпать песком...
Палатку спасти не удалось – сгорела дотла. Все остальное – а оно-то и представляло ценность – удалось отстоять. Комиссия из виднейших специалистов стала разбираться: кто же виноват? Оказалось: незнание. Это теперь в каждом учебнике можно прочесть: «Порошкообразный металлический уран легко возгорается и при распылении в воздухе горит ярким пламенем». А тогда ведь никто этого предвидеть не мог.
Заводы стали присылать уран регулярнее, хотя еще и небольшими партиями. И его тоже немедленно проверяли, насколько он чист. Теперь эти измерения, как и физическое испытание графита, производились в огромном помещении, названном СК – склад котла (реактора).
Одновременно по заданию Игоря Васильевича начались проектирование и подготовка к постройке здания для первого реактора.
– Для циклотронов дома строил, для реакторов – никогда, – смущенно говорил архитектор А.Ф. Жигулев, после того как Курчатов поручил ему спроектировать это необычное здание.
Скоро на территории института стало расти серое кирпичное здание. А под землей возникали таинственные ходы сообщений.
Уран проверяли в условиях, все более близких к его реальному назначению в реакторе. С самого начала ученые во главе с Игорем Васильевичем четко определили, что уран и графит не надо перемешивать. Было предложено применить решетку, состоящую из замедлителя с периодически вкрапленными в него кусками (блоками) урана.
Почему было принято такое решение? Дело в том, что в однородной смеси больше вероятности резонансного захвата нейтронов ураном-238 без деления. В случае же решетки нейтроны, проходя большой путь в графите, замедляются ниже резонансной области энергии и вероятность захвата без деления их в уране-238 существенно уменьшается. Ученые установили это еще до постройки самого реактора.
Чтобы проверить получаемый уран в условиях, наиболее близких к реальным, делали в графитовых кирпичах отверстия для блоков урана и из этих кирпичей с блоками складывали призмы. Под руководством И. В. Курчатова группа
И. С. Панасюка меняла сотни вариантов решеток, собирала призмы с поглотителем нейтронов. И каждый раз измерялись нейтронные потоки, делались расчеты. И после многодневной утомительнейшей работы Панасюк убедился, что чистота урана... недостаточна! Надо же было случиться такому! Казалось, уже все отлажено. Ученые забили тревогу.
Виднейшие химики во главе с академиком А. П. Виноградовым определили характер вредных примесей – редкие земли. Работники урановых предприятий сделали все от них зависящее, чтобы дать более чистый продукт. И дали!


Четыре сферы

Истекали последние подготовительные месяцы. По инициативе Игоря Васильевича было решено сложить весь полученный для реактора графит и померить его сечение захвата нейтронов, так сказать, в полностью собранном виде. А вдруг оно превысит контрольную цифру, горевшую, как огонек, в памяти у всех? Не «подставит ли графит ножку» на последней финишной прямой?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26