Игорь Курчатов. Секрет Бороды: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Искать уран по стране поручили геологам, а ученые-технологи стали думать над способом его очистки в массовых масштабах.

Самому же Игорю Васильевичу требовалось как можно быстрее построить новый, более мощный ускоритель элементарных частиц – циклотрон, теперь уже в Москве. Для этого необходимо было найти место: большой и удобный участок земли, на котором разместились бы и помещение будущего циклотрона, и исследовательские корпуса, и жилье для сотрудников. Ну и, конечно, Курчатов думал о будущем института, которым должна была стать, как он задумал, со временем «Лаборатория номер 2». Главное – чтобы место под научные эксперименты располагалось в отдалении от жилых районов, ведь мы уже знаем, что из-за возникающего излучения работа с радиоактивными веществами опасна, а порой и сокрушительна для здоровья человека.

Игорь весьма тщательно объездил всю Москву, когда искал место под будущую «Лабораторию номер 2». Этим местом оказался бывший в царские времена военный полигон – на нем проходили в свое время учебные стрельбища – на северо-западе Москвы, в районе Покровского-Стрешнева.

Впечатленный увиденным, Курчатов внимательно оглядел бескрайнее поле, на котором стояли два-три полуразрушенных здания, и удовлетворенно потер руки:

– Идеальное место для нашей работы! Здесь будет город заложен!

В заброшенных зданиях немедленно начали строить будущие лаборатории и жилье. Возле них хозяйственный Игорь Васильевич через год разбил фруктовый сад, который тут же стал любимым местом всех сотрудников «Лаборатории номер 2». Во время обеденного перерыва каждый хотел полакомиться здесь горсткой вишни или ирги, а как красиво тут было, когда все зацветало! «Весна здесь виднее, чем в центре!» – говорили сотрудники, и уходить из этого рая никому не хотелось.

Огромный пустырь будущего института решили превратить в парк. Правда, на время войны заботливый Борода распорядился перекопать его в картофельное поле для сотрудников. А его жена Марина даже выращивала на грядке клубнику, которая и сейчас еще плодоносит.

Сегодня в этом месте находится знаменитый Курчатовский институт – один из самых престижных научных центров нашей страны. Если тебе когда-нибудь удастся побывать здесь с экскурсией или, может быть, ты станешь здесь работать, то, конечно, ощутишь и дух курчатовского братства, который здесь сохранен, и ту любовь, с которой в этом удивительном месте посажен каждый кустик и проложена каждая дорожка.

Новый циклотрон появился уже в 1944 году. И причина такого быстрого строительства, конечно, была в удивительной прозорливости Игоря Васильевича. Помните, как в самом начале войны он с коллегами в Ленинграде бережно разобрали и законсервировали детали первого циклотрона? Так вот, во время войны чудом удалось их сохранить, а потом и тайно вывезти в Москву в двух железнодорожных вагонах многие важные детали: медные листы, латунь, высокочастотный генератор. Они-то и стали позже частью первого московского циклотрона. Так были сэкономлены драгоценные время и деньги!

Благодаря первому московскому циклотрону Курчатову и его команде удалось невероятное. За очень короткий срок – весной 1943 года отправили оборудование для циклотрона из Ленинграда в Москву, а в ноябре 1944-го Курчатов уже получил орден Ленина за успешные работы на циклотроне – им удалось получить из урана-238 около 20 микрограммов плутония (требовалось проверить, пригоден ли плутоний для ядерного заряда вместо урана-235, которого в природном уране мало). А с помощью него стали возможны любые реакции – и управляемые, и взрывного типа. Все курчатовцы, причастные к вводу в строй московского циклотрона, были тогда же удостоены государственных наград.

Ученые, которые годами наблюдали Курчатова за работой, часто вспоминали: чем бы в то время Игорь Васильевич ни занимался, мысленно он всегда шел по следу управляемой ядерной реакции.

Главным направлением в работе над созданием бомбы Курчатов выбрал так называемую уран-графитовую систему. В первом атомном реакторе он хотел использовать в качестве топлива очищенный природный уран, а замедлителем реакции как раз должен был стать графит. И Игорь Васильевич не ошибся! А вот в Германии ученые с самого начала сделали ставку на использование в качестве замедлителя реакции тяжелую воду. Это решение сильно затормозило их работу над созданием собственной бомбы.

По расчетам наших ученых, графита для реактора требовалось около 500 тонн, а вот урана – около пятидесяти тонн. И уран, и графит должны были быть высокой степени чистоты, а процесс очистки занимал много сил и времени. Для этого нужно было еще создать заводское производство.

Одновременно с контролем качества урана и графита, поступавших в «Лабораторию», Курчатов дает команду на проектирование и строительство здания для первого реактора, простого внешне, но очень сложного внутри. Собиралась вручную уран-графитовая кладка в форме сферы все большего радиуса, пока реактор не заработал.

И еще одну важную задачу поставил Игорь Васильевич перед своей командой: найти защиту от радиации, чтобы безопасно управлять реактором и не потерять здоровье. Ученые изучили все, что применялось с целью измерения радиоактивности в то время. Оказалось, нет таких приборов. Тогда они сами сконструировали первый дозиметр, который показал себя отлично: измерения были точны, ни одного аварийного облучения не случилось!

Работа по созданию ядерного реактора была одновременно и тяжелой, и увлекательной. Его устройство поражало простотой: внешне это всего лишь сооружение сферической формы из графитовых кирпичей. Но, с другой стороны, его возможности, без преувеличения, безграничны. Главным теперь было научиться управлять ядерной цепной реакцией, которая могла здесь произойти; подчинить ее воле человека.

Курчатов, который любил все просчитывать наперед, прекрасно понимал: права на ошибку у него нет. Если он сделает хоть один неверный шаг, исправить его будет невозможно. Как и отменить уже запущенную реакцию этой сложной и непредсказуемой работы: ведь за созданием лабораторного реактора и его успешными испытаниями последовало строительство более мощного производственного реактора на Южном Урале, где трудились круглые сутки уже тысячи людей!

Игорь Васильевич прекрасно видел, что люди работают на пределе возможностей. Он и сам работал из последних сил. Некоторые из сотрудников потом признавались: «На фронте было легче, там хоть на отдых время отводят». Часто от усталости инженеры засыпали прямо на рабочем столе за чертежами, а солдаты, которые строили реактор на Южном Урале, от недосыпа и недоедания падали без сил. Курчатов и сам давно привык спать по два-три часа в сутки и перекусывать на ходу. Но руководитель и подчиненные ни на что не жаловались, потому что понимали: нужно выиграть у противников время. Ведь опоздать – означало потерять страну!

Надо сказать, что в тот момент Игорь Васильевич и его коллеги в «Лаборатории номер 2» получали от руководства СССР любую помощь и поддержку, ведь завершить работу требовалось как можно скорее. И результат этой работы не заставил себя долго ждать: в построенном мощном промышленном реакторе на Урале сумели накопить около четырех килограммов ценного элемента – плутония, которого оказалось достаточно для заряда бомбы. Меньше чем через год после пуска первого промышленного реактора советское правительство на весь мир заявило, что секрета атомной бомбы больше не существует. А через четыре года после окончания разрушительной Великой Отечественной войны наша страна – чудовищно разоренная и ослабленная в тот момент – стала обладать более совершенной, чем у американцев, атомной бомбой. Конечно, это стало возможно благодаря усилиям всего народа, людей разных профессий, возрастов и, безусловно, благодаря гениальному Игорю Курчатову и его братству ученых-физиков.

Все, кто поднялся от западных границ до Чукотки. И старики, и дети. Те, кто вел геологические поиски урана, копая рудники, прокладывая дороги, строил заводы новой атомной промышленности, в кратчайшие сроки решал научные и инженерные задачи, добывал атомные секреты. Многие, кто отдал в той великой эпопее труда свои жизни на бурно развернувшихся стройках. Именно все они и защитили нашу Родину.

Ядерный реактор. Сырье для реактора

Деление урана с помощью медленных нейтронов было обнаружено на его изотопе U-235. Но в природном уране его мало – 0,7 процента. Большую часть природного урана составляет U-238, который делится быстрыми нейтронами, но в основном поглощает нейтроны без деления, прерывая цепную реакцию. Поэтому в природном уране получить цепную ядерную реакцию невозможно: она просто затухнет. Чтобы осуществить цепную ядерную реакцию, надо либо увеличивать содержание U-235, либо замедлять нейтроны в зоне реакции.

Первый в мире ядерный реактор («Чикагская поленница»), созданный группой Энрико Ферми, заработал 2 декабря 1942 г. в теннисном зале под трибунами стадиона Чикагского университета. Первый ядерный реактор в Европе – он же второй в мире, был запущен Игорем Курчатовым в Москве в декабре 1946 г. В обоих случаях послойно укладывали графитовые брикеты, внутрь которых вкладывали урановые блочки. Графит действовал как замедлитель нейтронов, поддерживая цепную реакцию.

В современных ядерных реакторах (рис. 13) на медленных нейтронах используется обогащенный уран, на специальных заводах содержание изотопа U-235 увеличивают до 2–4 процентов.

Рис. 13. Ядерный реактор

Однако будущее атомной энергетики связывают с реакторами на быстрых нейтронах, на базе U-238. По современным данным, U-235 на Земле хватит для атомной энергетики всего лишь лет на 100, а запасов U-238 – примерно на 2 500 лет. Важно, что в реакторах на быстрых нейтронах можно использовать и обедненный уран – отработанное топливо реакторов на медленных нейтронах. В реакторах на тепловых нейтронах реализуется только несколько процентов природного урана, остальной уран уходит в отработанное топливо. В итоге использование реакторов на тепловых нейтронах требует высокого потребления природного урана и создает проблемы захоронения остатков. А остатки, реализованные как топливо на реакторе на быстрых нейтронах, содержат радиоактивные изотопы с существенно меньшим периодом полураспада (200–300 лет вместо тысяч и сотен тысяч), что упрощает процесс захоронения. Таким образом осуществляется идея перехода на замкнутый цикл использования атомного топлива. Используется также оружейный уран (обогащенный U-235 до 90 процентов и больше), который ликвидируется в рамках международных соглашений о разоружении.

U-238 после захвата нейтрона превращается в U-239, а затем в радиоактивный трансурановый элемент плутоний Pu-239, в ядре которого 93 протона. В плутонии возможна цепная ядерная реакция, т. е. он тоже является ядерным топливом и применяется, в частности, в ядерном оружии (как и U-235). Оружейный плутоний должен содержать преимущественно Pu-239, в среднем 93–94 процента. Его получают на специальных реакторах. Собственно, задачей американских и советских физиков в период холодной войны именно было наработать оружейный плутоний. В июне 1948 г. Курчатовым был запущен на Урале первый в СССР промышленный реактор для получения плутония.