Технологии

История создания ядерного реактора

Летом 1948 г. на Урале вошла в строй первая отечественная промышленная установка для производства плутония. Это был ядерный реактор, положивший начало созданию атомной промышленности в Советском Союзе. Его пуск продемонстрировал, что процессом извлечения гигантских мощностей можно управлять, а от губительной радиации надежно защищаться. Страна начала получать в заводских масштабах ранее неведомый продукт, новое ядерное горючее и расщепляющийся материал - плутоний. Академик Игорь Курчатов (1903 - 1960), возглавлявший атомный проект, и его коллеги вплотную приблизились к главной цели.

Основополагающее постановление Советского правительства по мобилизации сил и средств на решение урановой проблемы, в том числе создание первого промышленного реактора на Южном Урале недалеко от города Кыштыма, готовилось в московской Лаборатории N 2 АН СССР (ныне РНЦ "Курчатовский институт") в 1945 г. группой специалистов, привлеченных Курчатовым. В проекте были названы основные предприятия, институты и конструкторские бюро, строительные и монтажные организации, которые привлекались для решения поставленных задач. Именно тогда впервые прозвучало имя Николая Доллежаля (академика с 1962 г.) - главного конструктора первого в СССР промышленного ядерного реактора.

В январе 1946 г. состоялась знаковая встреча двух руководителей - Лаборатории N 2 Курчатова и директора НИИхиммаша (ныне Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники) Доллежаля.

- Вы, наверное, уже представляете, что наша лаборатория занимается проблемой расщепления ядер урана. Иными словами, высвобождением атомной энергии, - начал разговор Курчатов. - Сейчас нам необходимо в кратчайшие сроки создать урановый "котел" промышленного назначения. В нем будет происходить цепная реакция деления урана и нарабатываться плутоний - радиоактивный элемент, которого не существует в природе.

Уловив не очень уверенный взгляд Доллежаля (учреждение, которое он возглавлял, ранее не конструировало подобные аппараты), Курчатов пригласил собеседника в соседнюю комнату, где "колдовали" над чертежами его коллеги, и объяснил принцип действия "котла" и управления ходом реакции.

апомним, в то время в Лаборатории N 2 АН СССР под руководством Курчатова над созданием научных основ промышленного реактора напряженно работала большая группа специалистов: теоретики Исаак Померанчук, Исай Гуревич, Василий Фурсов и Савелий Фейнберг, физики-экспериментаторы Владимир Гончаров, Игорь Панасюк, Николай Правдюк, инженер-технолог Владимир Меркин и др.

- Считайте, что это исходный материал для конструкции, - подвел итог беседы Курчатов. - Разрабатывайте ее, доводите до рабочих чертежей, подвергайте экспериментальной проверке все основные узлы. Но помните, сроки очень жесткие. Не позднее августа все должно быть передано строителям...

Размышляя, почему для конструирования первого в стране промышленного ядерного реактора был выбран именно его институт, Доллежаль впоследствии скажет: "...мы больше других привыкли иметь дело с экстремальными условиями, в которых должны работать наши машины: необычно высокими давлениями, химически агрессивными средами. И это, наверное, делало нас чуточку больше других приспособленными к созданию неординарных устройств".

Для работы над проектом в НИИхиммаше сразу организовали пять групп конструкторов. Ими руководили Павел Деленс, Василий Рылин, Виктор Вазингер, Борис Флоринский и Михаил Сергеев. Основой технического задания на проектирование стала разработанная в Лаборатории N 2 схема уран-графитового реактора с горизонтальным расположением технологических каналов, в которых размещались охлаждаемые проточной водой урановые блоки. И уже в ходе первых проработок проявилось одно из основных качеств Доллежаля: не повторяться, искать новые, более ясные и эффективные пути решения проблемы. Вместо горизонтальной схемы реактора он предложил перейти на вертикальную со свободно стоящими графитовыми колоннами, при которой значительно проще и надежнее решались вопросы теплообмена, гидравлики, возможных деформаций технологических каналов и графитовой кладки, управления реактивностью, перемещения урановых блоков.

Первые наброски аппарата с вертикальной схемой, преимущества которой высоко оценил Курчатов, стали началом разработки эскизного проекта промышленного реактора. В марте 1946 г. авторитетная комиссия с участием физиков, металлургов, машиностроителей, химиков и руководителей атомного проекта одобрила вертикальный вариант компоновки реактора, и конструкция, обозначенная "А", была принята для дальнейшей разработки в КБ-10 Наркомтяжмаша - будущем ОКБ "Гидропресс" и Государственном специализированном проектном институте (ГСПИ-11), созданном для проектирования объектов оборонного комплекса. Технический проект установки создали через три месяца. Одновременно проводили экспериментальную отработку узлов аппарата. Научное руководство непрерывно осуществлял Курчатов.

НИИхиммаш имел экспериментальный завод и потому быстро создал стендовую базу. "Но чем больше мы вгрызались в эти проблемы, - признавался главный конструктор, - тем яснее вырисовывался их подлинный размах". Порой казалось, что за такой короткий срок эту махину не сдвинуть. Да и опыта в проектировании атомных объектов было мало - еще не вступил в строй экспериментальный реактор Ф-1, сооружавшийся в Лаборатории N 2, физики и конструкторы слишком мало знали о процессах, сопровождающих деление тяжелых ядер. Курчатов прекрасно понимал это и стал чаще наведываться к Доллежалю. "Очень тактично и ненавязчиво посоветовал мне, - вспоминал Николай Антонович, - какие из специальных статей, имеющихся в научной периодике, стоит прочесть. Это было весьма кстати, ибо по мере проникновения в нашу инженерную задачу у меня рос интерес к свойствам вещества, которое в недрах атомного реактора должно подвергнуться чудесным превращениям, ранее существовавшим лишь в воображении алхимиков. Кстати, во время нашего разговора Курчатов как бы невзначай касался характеристик разных изотопов урана, способствуя моему "физическому просвещению". Подобные... беседы давали больше пищи, чем крайне малочисленные публикации по ядерной тематике".

Тем временем на Урале на месте территории комбината, которому по условиям секретности присвоили номер 817, полным ходом разворачивали строительные работы. Специально созданный исследовательский отряд при активном содействии главного инженера строительства комбината Василия Сапрыкина (впоследствии академик архитектуры) представил необходимые данные по размещению производственных объектов и жилых построек будущего города Челябинск-40 (ныне Озерск). Первым директором комбината стал Петр Быстрое. В 1947 г. ввиду исключительно важного значения объекта директором назначали Ефима Славского - будущего министра среднего машиностроения СССР, затем Бориса Музрукова - одного из организаторов оборонной промышленности страны и создателя новой военной техники. Общее руководство строительством осуществлял Борис Ванников, курировавший оборонную промышленность в Совете Министров СССР.

К сентябрю 1946 г. выполнили предварительный проект котлована под реактор "А", а в апреле следующего года завершили земляные работы. Глубина низшей точки составила 53 м. На заключительном этапе выемки скального грунта было занято 11 тыс. человек; извлечено 157 тыс. м породы. За семь зимних месяцев вручную с минимальной механизацией работ под реактор подготовили невиданных ранее размеров котлован. Потом наступил этап бетонирования шахты, в ходе которого впервые применили "тяжелый" бетон (в его состав добавляли железную руду для улучшения биологической защиты). К концу 1947 г. здание было готово, что открыло фронт работ для сборки самой установки.

Курчатов спешно готовил в Москве специалистов к выезду на площадку. На физическом реакторе Ф-1, пуск которого состоялся в Лаборатории N 2 в декабре 1946 г., организовали производственную практику: инженеры получали здесь полезные навыки. К слову, многие из специалистов, прошедших школу на Ф-1 и первом промышленном реакторе, впоследствии стали выдающимися учеными и "командирами" зарождающейся атомной промышленности.

В начале января 1948 г. на территорию Лаборатории N 2 на железнодорожную ветку доставили товарный вагон - началась его загрузка оборудованием, материалами, прежде всего графитом, и пусковыми установками. Руководство определило пусковую группу во главе с Курчатовым, в которую вошли научные сотрудники, инженеры, технологи и лаборанты - всего около 30 человек. Вечером 11 января 1948 г. на Казанском вокзале Москвы состав присоединили к поезду, отправлявшемуся на восток...

Монтаж ядерного реактора, как утверждают знатоки, даже в современных условиях - при наличии большого опыта, серийности, технического оснащения - процесс крайне сложный. Что говорить о тех временах, когда многое делалось впервые, хотя за плечами уже был бесценный опыт сооружения первого физического "котла"!

По указанию Курчатова на объекте построили специальные корпуса, в них разместили физическую и радиохимическую лаборатории. Их сотрудники занимались совершенствованием технологических процессов, проводили научные исследования. Подбор критической массы, чистота графита и конструкционных материалов, автоматика управления, конструкция механизма сброса урановых блоков, захоронение радиоактивных отходов, защита персонала - вот далеко не полный перечень проблем, которые Курчатов как научный руководитель комбината решал на месте.

Выкладку активной зоны из графитовых блоков начали в марте 1948 г. Здание над реакторной зоной еще не успели полностью закрыть, поэтому был образован воздушный шлюз, не допускающий проникновения вместе с холодным воздухом пыли и грязи из соседних помещений, где продолжались строительные и сварочные работы. Это помогло провести монтаж в сжатые сроки. Самая ответственная операция - рациональное распределение графита по зоне и непрерывный контроль чистоты кладки: загрязненные графитовые изделия могли значительно ухудшить характеристики реактора. Надежный контроль обеспечивала группа физиков под руководством Игоря Панасюка, для чего они использовали специально созданные нейтронные зонды. Лучшие по чистоте блоки укладывали в центр активной зоны реактора, худшие - по периферии графитовой кладки.

Курчатов ежедневно приходил на строящийся реактор и, как говорят очевидцы, не раз пролезал через большую водосливную трубу, нещадно протирая свое зимнее пальто, в подреакторную камеру, чтобы лично оценить качество сооружаемой конструкции.

К концу мая основной монтаж установки закончили. Началась апробация механизмов и систем, наладка многочисленных приборов контроля и сигнализации. Несколько бригад механиков, электронщиков и электриков проводили проверку и отладку устройств регулирования и управления, добиваясь их надежной работы. В первых числах июня по всем водоводам пустили охлаждающую воду. Началась круглосуточная загрузка урановых блоков в технологические каналы - шел завершающий этап сборки реактора.

Дисциплина на всех участках - строжайшая. Наблюдение за ходом загрузки урана в активную зону осуществлял Ванников - его рабочее место было в центральном зале. Эту трудоемкую операцию провели с особой тщательностью, поскольку в любой момент могла начаться саморазвивающаяся цепная реакция деления ядер урана. Надежная работа систем управления и аварийной защиты, контроль измерений расхода воды в технологических каналах и температуры, нормальные дозиметрические характеристики в помещениях - все это обязательные и необходимые условия для функционирования реактора.

Вечером 7 июня 1948 г. наступил решающий момент - пуск установки. Курчатов занял место главного оператора у пульта управления. Рядом, наблюдая за аппаратурой и показаниями пусковых приборов, находился Панасюк, научный руководитель реактора "А". Главный инженер Меркин, начальник смены, дежурные инженеры не спускали глаз с индикаторов и приборов, готовые при появлении тревожных сигналов срочно ликвидировать неполадки. В присутствии Ванникова и руководства завода Курчатов начал эксперимент по физическому пуску реактора.

Детально все действия зафиксировал Меркин: "Аварийные стержни возведены. Подача воды в реактор прекращена. Игорь Васильевич, нажимая на кнопку, постепенно извлекает последний запирающий стержень. Панасюк постоянно информирует о росте показаний импульсной ионизационной камеры. На основании этой информации Курчатов продолжает выдвигать стержень, пока не получает сигнала о начале экспоненциального разгона нейтронной мощности реактора. Наконец, подавляя волнение, все заметили, что отчетливо, с уклоном слегка вверх поползла линия на ленте самописца мощности, заработали щитовые указатели доз радиации". Это было в 00 ч 30 мин 8 июня. После того как установка достигла мощности 10 кВт, Курчатов заглушил цепную реакцию деления ядер урана - физический эксперимент закончился".

10 июня команда приступила к загрузке дополнительного количества урана определенными порциями. И каждый раз Курчатов осуществлял подъем регулирующих стержней. Лишь после загрузки пятой порции урана реактор с водой достиг критического состояния, его мощность довели до 1 МВт. Все приборы и техника нового сложного объекта действовали превосходно. 19 июня в 12 ч 25 мин завершился длительный период подготовки реактора к работе на проектной мощности, а 22 июня он достиг заданных параметров - 100 МВт. С этого времени началась непрерывная, круглосуточная работа установки, которая медленно, но верно стала производить столь нужный для обороны страны плутоний.

Начальный период эксплуатации аппарата был трудным. Сказались недостаток знаний физиков, конструкторов, материаловедов в совершенно новой области техники, сложности освоения эксплуатационным персоналом систем контроля тепловых и гидравлических параметров работы установки, использование, прямо скажем, архаичных приборов (других в стране тогда просто не было). Преследовали и неприятности: прожоги стенок каналов со спеканием урана с графитом (металлурги называют их "козлами"), попадание воды в графитовую кладку, вызывавшее интенсивную коррозию алюминиевых труб. В январе 1949 г. реактор пришлось даже остановить для ремонта. Однако после двухмесячного перерыва он снова стал исправно нарабатывать плутоний.

Окончательная цель была достигнута 29 августа 1949 г., когда на Семипалатинском полигоне произвели взрыв первой советской атомной бомбы. Это был триумф - страна получила разящий меч. Но он, несомненно, выполнял для СССР роль щита от возможного удара противника.

За создание первого в нашей стране промышленного реактора группа специалистов и ученых, в том числе главный конструктор Доллежаль, была удостоена звания Героя Социалистического Труда и Сталинской премии.

Что касается дальнейшей судьбы установки, ласково названной "Аннушкой", то ее тепловую мощность дважды повышали после модернизации: сначала до 300, затем до 450 МВт. Реактор, рассчитанный на трехлетнюю эксплуатацию, на самом деле проработал до 1987 г. Идеи, реализованные в нем, заложили основы для создания в стране серии канальных реакторов - одной из двух основных опор современной отечественной атомной энергетики.


Марина ХАЛИЗЕВА, журналист

Какие инструменты Продвижения спикера.
Авторские права на статьи принадлежат их авторам
Проект компании Kocmi LTD