8 июня 1948 года запущен первый советский промышленный атомный реактор
Первый реактор построили на южном берегу озера Кызыл-Таш. Научным руководителем комбината был назначен академик Игорь Курчатов. Люди работали, рискуя здоровьем, а подчас и жизнью. Все работы по проектированию, испытанию и эксплуатации объектов комбината велись в условиях жесткого лимита времени. Испытания, наладка и запуск систем делались, что называется, «на ходу».
Для пуска и эксплуатации уникального предприятия персонал отбирали с особой тщательностью. Студенты, инженеры и прочие специалисты были лучшие из лучших. После приезда в город в течение нескольких лет они не могли не только встречаться, но и переписываться с родственниками: работы велись под завесой строжайшей секретности. Нарушений практически не было, и дело даже не столько в царившей там военной дисциплине, сколько в высокой степени ответственности.
В то напряженное, сложное и ответственное время люди трудились самоотверженно, устремлённо, не считаясь со своим временем, силами и здоровьем. Не уходили со службы по 10-12 часов, а порой и целыми сутками.
В условиях послевоенной разрухи Советскому Союзу удалось мобилизовать силы для реализации атомного проекта. Труды учёных, инженеров, строителей не пропали даром: их наработки пригодились и в оборонительной, и в мирной промышленности.
Первый промышленный уран-графитовый реактор находился в эксплуатации и нарабатывал плутоний в течение 39 лет. Он был окончательно остановлен 16 июня 1987 года. Сейчас реактор А после полной разгрузки урана находится на консервации.
Научный портал «Атомная энергия 2.0“ – это открытое к сотрудничеству прогрессивное цифровое СМИ с элементами управления знаниями и ценностного лидерства, ставящее своей целью решение главной проблемы фундаментальной системообразующей атомной отрасли – образования и общения широкой общественности и специалистов об инновационном развитии экологически устойчивых и полезных ядерных и радиационных наук и технологий в России и за рубежом. Мы предлагаем Вашей организации стать партнером нашего проекта и получить комплексный пакет уникальных информационных услуг.
Наследники «Аннушки»
В атомный век на лошадках
Легировать алюминий для трубок, в которые загружается уран, после большой серии опытов ученые предложили компонентами, о существовании которых металлурги даже не подозревали. И тем более не знали, как они поведут себя в процессе металлургического производства.
Не было в стране даже электропроводов нужного сечения, и при монтаже пульта управления реактором пришлось использовать трофейные. 120 тонн урана тоже вывезли с территории Германии. Разведывать свои месторождения времени не было: счет шел на дни и часы.
Ускорение на финише
Что это была за гонка, можно понять по датам: 1 июня 1948 года подписан акт о завершении строительства реактора (его возвели за один год и девять месяцев), а в ночь с 7-го на 8 июня прошли первые испытания. Неделя понадобилась, чтобы вручную загрузить реактор ураном. В воспоминаниях сохранилась фраза Курчатова: «Если проведем физический пуск и останемся живы, подпишем все бумаги».
А уже 19-го, убедившись, что реактор отвечает всем требованиям техзадания, вышли на 100-процентную мощность. С этого момента и ведет историю «Маяк», а вместе с ним и российская атомная промышленность.
С момента возникновения атомной энергетики существовало две концепции использования отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). В США его предпочли хранить до будущих времен, пока не придумают, что с ним делать. В России, Франции и Англии начали искать способы переработки, поскольку топливо в реакторах выгорает не полностью.
В свою очередь изотопный комплекс предприятия выпускает несколько тысяч источников ионизирующего излучения, тепла и света, а также радиоактивных препаратов: предприятие является одним из крупнейших мировых производителей источников гамма-излучения на основе кобальта-60, цезия-137 и источников быстрых нейтронов на основе америция-241.
Алексей Лихачев, генеральный директор ГК «Росатом»:
Начало атомной эры: 70 лет назад был пущен первый советский реактор Ф-1
МОСКВА, 25 дек — РИА Новости. Семидесятилетний юбилей пуска первого отечественного ядерного реактора Ф-1, созданного для реализации советского атомного проекта, отмечается в воскресенье. Реактор, построенный в Москве на территории Лаборатории №2 Академии наук СССР (ныне Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»), дал начало созданию многих мирных ядерных направлений, в которых Россия сейчас занимает лидирующие позиции.
«Пуск Ф-1 стал и отправной точкой для очень быстрого, стремительного развития атомной науки и техники, атомной промышленности страны», — сказал Ковальчук.
Как все начиналось
Датой начала советского атомного проекта считается 28 сентября 1942 года, когда было подписано постановление Государственного комитета обороны «Об организации работ по урану». Документом предписывалось возобновить в Советском Союзе работы по исследованию возможности использования атомной энергии.
В феврале 1943 года вышло постановление ГКО об организации работ по использованию атомной энергии в военных целях. Научным руководителем советского атомного проекта был назначен один из основоположников физики атомного ядра в СССР, профессор Ленинградского физико-технического института Игорь Курчатов.
В качестве ядерной «взрывчатки» в атомной бомбе можно использовать плутоний-239, нарабатываемый в ядерных реакторах путем облучения урана, или оружейный обогащенный уран-235.
«Физический первый»
Но для того чтобы строить свой первый реактор-наработчик оружейного плутония, надо было создать и пустить относительно небольшой экспериментальный реактор, или, как он тогда назывался, котел – прототип будущих промышленных реакторов.
Работы велись одновременно по многим направлениям. К ним были привлечены многие академические и ведомственные научно-исследовательские и проектные институты, а также несколько заводов. В частности, урановые блочки (небольшие по размеру цилиндры из металлического урана) выпускались на заводе №12 в Электростали (сейчас это предприятие госкорпорации «Росатом» «Машиностроительный завод»).
Урана, которого требовались сотни тонн, в СССР тогда практически не было. Из Германии вывезли найденные там остатки немецкого урана и его руды (основная его доля досталась американцам). По всему Советскому Союзу организовали геологические экспедиции для поиска месторождений урана, рудники появились в Средней Азии и на Украине.
Сборка реактора велась чрезвычайно тщательно, так как даже малейшая погрешность могла серьезно повлиять на его работу. Активная зона реактора сооружалась из графитовых блоков, в которых было просверлено около 30 тысяч отверстий для урановых блочков. Полная структура реактора выглядела как кубическая решетка урана, погруженная в графитовую сферу диаметром шесть метров.
Общий вес графитовой кладки в реакторе составлял более 400 тонн, а урана — почти 50 тонн. Сборку реактора Ф-1 вели горизонтальными слоями, начиная со дна шахты.
Пуск реактора
Поэтому сборку вели очень осторожно, постоянно наблюдая за уровнем нейтронного потока внутри уран-графитовой конструкции. Начиная с 38-го слоя каждый следующий слой укладывали только при опущенных в активную зону реактора стержнях аварийной защиты, назначение которых — поглощать нейтроны и тем самым гасить цепную реакцию. Затем стержни аккуратно поднимали и замеряли уровень потока нейтронов. Далее стержни вновь опускали, а сборку продолжали. Как вспоминали участники тех работ, после 50-го слоя Курчатов практически не выходил из здания реактора.
Новые расчеты предсказывали, что цепная реакция начнется на 61-м слое, он был собран к вечеру 24 декабря. Курчатов попытался начать пуск, но приборы показали, что надо все-таки класть еще один слой графита.
Его выкладка закончилась днем 25 декабря. Перед тем как поднять аварийные стержни, еще раз тщательно проверили все системы безопасности. Курчатов приказал всем, кто не имел непосредственного отношения к пуску, на всякий случай покинуть здание, а сам сел за пульт управления реактором.
Таким образом, стало ясно, что советские ученые успешно решили задачу проектирования, строительства, пуска и управления работой ядерного реактора. Тем самым открылась возможность для создания «оружейных» реакторов, а также установок для использования атомной энергии в мирных целях. «Атомная энергия теперь подчинена воле советского человека», — сказал тогда Курчатов.
Пуск реактора Ф-1 отметили у Курчатова дома – он жил на территории Лаборатории №2. Участники пуска с радостью и криками «ура» выпили по бокалу шампанского. Для более пышных торжеств не было ни сил, ни времени – уже на следующий день работа реактора была продемонстрирована куратору советского атомного проекта, заместителю председателя Совета министров СССР Лаврентию Берии.
Двадцать восьмого декабря на имя главы советского правительства Иосифа Сталина была направлена докладная записка об успешном пуске реактора Ф-1, подписанная в том числе Берией и Курчатовым.
А 9 января 1947 года Сталин в своем кремлевском кабинете принял руководителей как атомного проекта в целом, так и основных его направлений, и провел совещание, на котором обсуждалось состояние научно-исследовательских работ по использованию атомной энергии. От Лаборатории №2 выступали Игорь Курчатов, Юлий Харитон (главный конструктор первой советской атомной бомбы), Исаак Кикоин и Лев Арцимович (они занимались вопросами обогащения урана).
На основе опыта эксплуатации Ф-1 под руководством Курчатова был построен и пущен в июне 1948 года на Южном Урале на комбинате №817 (ныне – «Производственное объединение «Маяк» Росатома, ЗАТО Озерск, Челябинская область) первый промышленный реактор для наработки плутония, необходимого для создания первого отечественного атомного заряда РДС-1. Заряд был успешно испытан 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне. Ядерно-оружейная монополия США была ликвидирована.
«До сих пор мир живет без глобальной войны только потому, что есть баланс сил. И Россия по сей день сохранилась как суверенное государство потому, что тогда, в тяжелейшее время, руководство страны и передовая наука нашли взаимное понимание перед стоящей угрозой. Для нас, нынешних, те события служат примером того, как государство должно выбирать и сочетать тактические и стратегические приоритеты, в том числе научно-технологические», — сказал он.
«Курчатовское древо реакторов»
После того, как основы отечественной атомной промышленности были созданы, реактор Ф-1 решили не разбирать, как это сделали американцы со своим первым реактором, пущенным в 1942 году. Время показало правильность решения оставить Ф-1 «в строю».
На Ф-1 в дальнейшем выполнялись многие фундаментальные исследования в области ядерной физики, реакторостроения, радиационного материаловедения, ядерной безопасности и многого другого. Ф-1 стал центром коллективного пользования для ученых многих специальностей, незаменимым объектом для междисциплинарных исследований.
В 1957 году на воду была спущена первая советская атомная подводная лодка К-3 «Ленинский комсомол», а в 1959 году был принят в эксплуатацию первый в мире атомный ледокол «Ленин». И сегодня Россия – обладатель единственного в мире атомного ледокольного флота, который гарантирует стратегическое российское присутствие в северных широтах, где сосредоточены огромные запасы нефти, газа и биоресурсов.
А в 1954 году под руководством Курчатова в Обнинске была пущена первая в мире промышленная АЭС. Сейчас Росатом является мировым лидером по числу атомных энергоблоков, строящихся за рубежом. Реакторы ВВЭР – основной экспортный продукт Росатома, а научным руководителем проектов этих установок бессменно является Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». По ряду показателей реакторы ВВЭР считаются лучшими в мире. А развитие и совершенствование ядерных технологий, в том числе технологий этих реакторов – одно из ключевых направлений работы Курчатовского института.
Что касается реактора Ф-1, то в настоящее время он имеет статус памятника науки и техники. В дни юбилея его пуска состоится торжественная церемония открытия музея Ф-1.
Реактор Ф-1 был и остается первым
Создание Ф-1 стало одним из главных достижений Атомного проекта СССР (см. «Наука и жизнь» №№ 3, 7, 2000 г.; № 5, 2002 г.; №№ 1, 2, 2003 г.). Руководить им по рекомендации академика А.Ф. Иоффе поручили сотруднику Ленинградского физико-технического института сорокалетнему доктору физико-математических наук И.В. Курчатову. Он стал начальником Лаборатории № 2, созданной в апреле 1943 года распоряжением президиума АН СССР для проведения работ по атомной бомбе. Курчатов не был тогда даже членом-корреспондентом АН СССР, но его тут же избрали действительным членом академии. Лаборатории № 2 выделили большой участок земли площадью 120 га в районе Покровского-Стрешнева — в то время это была окраина Москвы.
Не обошлось и без столкновений идей и характеров, ведь проект возглавляли молодые, амбициозные ученые, не желавшие поступаться своими научными предпочтениями. Так, известный физик-ядерщик академик А.И. Алиханов, поначалу работавший в Лаборатории № 2, предлагал использовать в качестве замедлителя нейтронов тяжелую воду, которая практически не поглощала их. И.В. Курчатов собирался воспользоваться американским опытом и построить котел с замедлителем из графита, аргументируя свою позицию, в частности тем, что уран-графитовый котел обойдется дешевле и времени на его создание понадобится меньше.
В научной полемике никто не хотел уступать, и Курчатов вынужден был воспользоваться своим более высоким служебным положением. По воспоминаниям главы Министерства среднего машиностроения, курировавшего атомную отрасль, Е.П. Славского, на одном из совещаний Курчатов заявил: либо Лаборатория № 2 разрабатывает уран-графитовый котел, либо он отказывается от руководства проектом. Высшие руководители государства приняли точку зрения Курчатова. К слову, атомный котел на тяжелой воде построили в 1949 году в Теплотехнической лаборатории (ныне — Институт теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова), куда перешел А.И. Алиханов. Атомный котел этого типа также сыграл важную роль в создании ядерного оружия: в нем нарабатывали тритий для водородной бомбы.
Опыта сооружения устройств, подобных атомному котлу, у советских ученых и инженеров не было. Все делалось в первый раз. Для котла необходимы были уран, графит, новые конструкционные материалы. Ко всем компонентам предъявлялись неслыханные для того времени требования по химической чистоте, так как малейшие примеси поглощали нейтроны и цепная реакция срывалась.
Теорию и методики расчета надо было разрабатывать на ходу, поэтому сразу браться за строительство котла для выработки плутония в количествах, достаточных для создания бомбы, было бы несерьезно. Решили вначале построить небольшой котел — прототип будущих промышленных реакторов.
Работа пошла по всем направлениям одновременно. К оперативному решению возникавших задач были привлечены многие академические и ведомственные научно-исследовательские и проектные институты (среди них московские Институт физических проблем, Физический институт, Институт физической химии, Институт редких металлов, НИИ графита), а также несколько заводов, в частности завод № 12 в Электростали, где были подходящие плавильные печи.
Академпроекту, который возглавлял известный архитектор А.В. Щусев, было поручено спроектировать здание для атомного котла. Физики ожидали, что от котла будет сильное излучение, поэтому бoльшую часть здания решили расположить ниже уровня земли. К возведению сооружения приступили в начале 1946 года, для чего привлекли строительные части МВД.
Тем временем также участвовавшие в Атомном проекте Ю. Б. Харитон, Я. Б. Зельдович, И. Я. Померанчук, И. И. Гуревич разрабатывали теорию котла и методики его расчета, а З. В. Ершова и Н. П. Сажин — технологию получения урана. В декабре 1943 года был произведен первый килограмм металлического урана в слитке. Производством сверхчистого графита занимались В. В. Гончаров и Н. Ф. Правдюк совместно со специалистами Московского электродного завода — те имели большой опыт работы с графитом, из которого изготовляли электроды дуговых источников света.
Урана, которого требовались сотни тонн, в стране практически не было, и его собирали буквально по граммам. Из оккупированной Германии вывезли найденные там остатки урана и его руды (основная масса досталась американцам). Срочно по всей стране были организованы геологические экспедиции для поиска месторождений урана. Рудники появились в Узбекистане, Таджикистане, Киргизии, на Украине. Руду из горных районов Средней Азии к железной дороге зачастую доставляли на ишаках.
Из металлического урана на заводе в Электростали начали производить блочки — цилиндры диаметром 32 мм и длиной 100 мм. В разработке технологии принимали участие немецкие специалисты. Впоследствии одному из них, Н. Рилю, присвоили звание Героя Социалистического Труда.
Здание для атомного котла, по соображениям секретности, называли в документах и в обиходе «монтажными мастерскими». Вообще, все документы, связанные с Атомным проектом, шли под грифами «совершенно секретно», «особая папка». Применялась и особая система шифровки: так, котел называли «электролизером», вместо слова «уран» писали «кремний» и т. д. Люди при поступлении в Лабораторию № 2 проходили многомесячные проверки и подписывали обязательства о строгом сохранении тайны.
Строительство одноэтажного здания «монтажных мастерских» с котлованом для котла глубиной 7 м и с подземным входом закончили в июле 1946 года.
Так как теория процессов, протекающих в котле, не имела экспериментальных подтверждений, И.В. Курчатов решил продвигаться к расчетному диаметру котла, составлявшему около 6 м, шажками, начав с небольшой модели. Первая уран-графитовая сферическая сборка имела диаметр 1,8 м, а предпоследняя, четвертая — 5,6 м. Все работы вручную выполнял коллектив так называемого сектора № 1 численностью около 30 человек, среди которых около четверти составляли женщины. Сотрудникам пришлось пять раз собирать и разбирать сферу. Графитовые призмы и урановые блочки таскали буквально «на пузе». А ведь это несколько сотен тонн! Иногда в такелажных работах принимал участие и сам Игорь Васильевич.
Специалисты Лаборатории № 2 И. С. Панасюк, Б. Г. Дубовский, И. Ф. Жежерун, К. Н. Шлягин, Н. В. Макаров, Е. Н. Бабулевич и другие конструировали и изготовляли приборы для систем управления, контроля и дозиметрии.
В ноябре 1946 года началась сборка самого котла. Для этого послойно укладывали графитовые брикеты размером 100×100×600 мм с тремя цилиндрическими отверстиями, в которые вставляли урановые блочки.
Активную зону котла, который в документах назывался Ф-1 (первый физический), оборудовали поглощающими кадмиевыми стержнями для управления цепной реакцией, а также датчиками и приборами контроля нейтронного потока. После укладки очередного слоя поглощающие стержни извлекали и измеряли нейтронный поток, который нарастал по мере увеличения высоты конструкции.
К вечеру 25 декабря 1946 года был уложен последний 62-й слой активной зоны. Перед тем как поднять поглощающие стержни, еще раз проверили все системы безопасности. Но на всякий случай возле троса, на котором был подвешен кадмиевый стержень аварийной защиты, Игорь Васильевич велел положить самый обыкновенный топор: если возникнет аварийная ситуация, а приборы защиты не сработают, трос нужно было перерубить, тогда стержень упадет в активную зону и прервет цепную реакцию.
У пульта управления остались только ответственные за работу основных систем котла и уполномоченный Совета министров Н.И. Павлов. Игорь Васильевич сам сел за пульт и начал извлекать из активной зоны кадмиевые стержни. Счетчик радиации — «щелкун» — зафиксировал нейтронный поток, который рос в геометрической прогрессии. Когда, по показаниям гальванометра, выделяемая в котле тепловая мощность достигла нескольких десятков ватт, Курчатов с помощью регулирующих стержней стабилизировал процесс и вскоре, используя стержень аварийной защиты, заглушил реакцию. Всего в этот день котел проработал около четырех часов.
Об успешном пуске котла Игорь Васильевич сразу же сообщил главному куратору Атомного проекта Л.П. Берия. Тот, не очень доверяя ученым и желая перед докладом Сталину убедиться во всем своими глазами, попросил Курчатова на следующий день еще раз запустить ядерную реакцию в его присутствии. Пуск котла, естественно, повторили.
В активной зоне котла находилось 400 т графита и 50 т урана. Практически с первого же дня котел стали эксплуатировать в круглосуточном режиме при мощности от 100 Вт до 1000 кВт. Специальной системы теплоотвода не было, и при работе на больших мощностях тепло аккумулировалось в большой массе графита. Затем графитовую кладку охлаждали струей воздуха от вентилятора.
В официальном отчете руководству страны Курчатов писал: «В результате большой и напряженной работы, проведенной коллективом в течение июля 1943 — декабря 1946 года, удалось 25 декабря 1946 года в 18 часов впервые наблюдать цепную саморазвивающуюся реакцию в осуществленном надкритическом уран-графитовом котле с практически полным и, по-видимому, самым рациональным использованием всех изготовленных к этому времени урановых и графитовых блоков».
Таким образом, от момента организации Лаборатории № 2 АН СССР до пуска первого котла Ф-1 прошло менее четырех лет. За этот сравнительно небольшой срок ученым удалось создать основы теории ядерных процессов в атомном котле, наладить производство урановых тепловыделяющих элементов и сверхчистого графита, сконструировать и изготовить приборы контроля и управления цепной реакцией и, наконец, построить сам котел.
Чтобы наработать необходимое химикам количество плутония, котел нужно было хотя бы периодически выводить на мощность в несколько сотен киловатт. Но поскольку биологической защиты у котла практически не было, около здания отмечался очень высокий радиационный фон. Во время работы котла в форсированном режиме им управляли из помещения, расположенного на расстоянии около 500 м, а на крыше «монтажных мастерских» загорался большой красный фонарь. Этот сигнал предупреждал сотрудников Лаборатории об опасности, о том, что к зданию подходить нельзя.
Даже когда практическая надобность в реакторе Ф-1 отпала, его решили не разбирать, как это сделали американцы с первым реактором Ферми. И, как оказалось, не напрасно. Ветеран продолжает работать на старом месте, и благодаря высокой стабильности нейтронного потока его используют в качестве эталона для калибровки аппаратуры, предназначенной для реакторов новых АЭС.
