Текст уведомления здесь

Как на Урале строили первый в СССР промышленный ядерный реактор

19 июня 1948 года под Челябинском заработал первый в СССР промышленный ядерный реактор

Реактор с кодовым обозначением А-1 решили построить между озерами севернее Челябинска, где впоследствии вырос закрытый город Озерск, подальше от любопытных глаз. Предназначен он был не для получения электричества. Первую в мире АЭС запустили только в 1954 году, а в А-1 собирались синтезировать плутоний. Как возводили один из ключевых военных объектов страны — в материале «Чердака».
Добавить в закладки
Комментарии

Атомы плутония-239 легко распадаются и, если собрать достаточно много радиоактивного металла в одном месте, позволяют запустить цепную реакцию с лавинообразным выделением энергии. Ядерное оружие, которое в 1945-м появилось у США и спешно разрабатывалось в СССР, требует именно таких материалов: плутония-239 или урана-235. Но уран-235 оказалось крайне сложно выделять из природного сырья, где преобладает уран-238. Плутоний-239 физики сочли более перспективным: его нет в природе, зато его можно синтезировать в ядерных реакторах.

Активная зона уран-графитового реактора. Фото: Игорь Кубединов / ТАСС
Активная зона уран-графитового реактора. Фото: Игорь Кубединов / ТАСС

Что значат числа рядом с элементами?

Число после названия элемента обозначает общее количество протонов и нейтронов в атомном ядре. У каждого элемента есть строго определенное число протонов, а нейтронов встречается то больше, то меньше. Эти разновидности, отличающиеся количеством нейтронов, называются изотопами элементов.

Новые распоряжения и сорванные сроки

А-1 задумывался как часть большого комплекса по производству ядерного оружия. По проекту урановые блоки загружали в реактор и облучали нейтронами — часть атомов урана-238 после захвата одного нейтрона в несколько стадий превращалась в плутоний-239. Из облученных блоков плутоний извлекали химическим путем, затем отправляли в металлургический цех, а оттуда в виде отливок — на токарные работы, где с особо высокой точностью вытачивались полусферы, заряды для ядерных бомб.

Металлургическое производство, сам реактор и цех по переработке использованного топлива строили одновременно, соблюдая тайну и торопясь. Котлован шириной 100 м и глубиной 53 м выкопали практически за одну зиму 1946−1947 годов. Сначала строители ориентировались на отметку в -6 метров, но раз за разом глубина увеличивалась согласно новым распоряжениям. В некоторых источниках говорится, что это делали ради секретности, но в воспоминаниях участников проекта фигурирует иная версия: сначала котлован рыли под горизонтальный реактор, но после детальной проработки выбрали вертикальную конструкцию.

Как управляют скоростью ядерной реакции?

Внутри большинства реакторов между урановыми блоками расположены каналы со стержнями из поглощающего нейтроны материала, например графита. Поднимая или опуская эти стержни, инженеры меняют скорость цепной реакции и могут полностью ее остановить. В первых американских реакторах каналы для стержней были горизонтальными, но это решение оказалось неудачным, и советские конструкторы отказались от него еще до постройки А-1.

Котлован был готов еще в апреле 1947-го, а в январе 1948-го в недостроенном здании реактора начался монтаж металлоконструкций и оборудования. Однако проектная документация и необходимые материалы запаздывали, квалифицированных специалистов не хватало (где их было взять, если отрасль совершенно новая?). Сроки, установленные лично Иосифом Сталиным, срывались. Курировал проект Лаврентий Берия, но одного страха перед зловещей фигурой главы НКВД было мало для осуществления столь сложного проекта, потому-то руководить им позвали опытных управленцев.

С ноября 1947-го директором «комбината номер 817», как обозначили ядерный комплекс, стал Борис Музруков, всю войну возглавлявший завод «Уралмаш» и наладивший производство танков Т-34. Его заместителем назначили бывшего директора Магнитогорского и Норильского комбинатов Авраамия Завенягина. Им помогали бывший в военные годы наркомом танковой промышленности Вячеслав Малышев и Борис Ванников, с 1942 года возглавлявший народный комиссариат боеприпасов. Научным руководителем стройки стал Игорь Курчатов, к тому моменту — шеф всей советской ядерной программы.

Пуск и «закозления»

Строительство закончилось в середине 1948 года. Под наблюдением Курчатова и Ванникова в реактор сложили урановые блоки в алюминиевых оболочках. На комбинат доставили несколько сотен тонн урана, из которых около 100 тонн были вывезены из Германии в 1945-м. В ночь на 8 июня состоялся первый пуск. Курчатов лично поднял стержни управления и, проследив за возрастанием мощности А-1, заглушил установку со словами: «Физика реактора в порядке».

Впрочем, ученый оговорился: «Но это не все — впереди решающей будет не только физика, но и техника, технологическая схема». 19 июня реактор стали медленно выводить на проектную мощность в 100 МВт (энергию не использовали для чего-нибудь полезного — нагретую воду просто сливали наружу), 22 июня достигли желаемой отметки, но через несколько часов из-за сбоя в системе охлаждения расплавился и спекся с графитом урановый блок.

Реактор пришлось заглушить, а «козла» — так называли поврежденный участок — раскрошили сверлами и удалили. Эта работа заняла больше недели, а сроки поджимали, поэтому 25 июля, уже после устранения первой поломки и повторного пуска, другого «козла» решили убрать без остановки реактора. Персонал получил большие дозы облучения, помещение покрылось радиоактивной пылью, а из-за протекшей воды заржавели трубы.

Аварии случались на А-1 постоянно. Урановые блоки в алюминиевой оболочке распухали и разгерметизировались, коррозия разъедала трубы с водой, охлаждающей реактор. По воспоминаниям Василия Шевченко, на тот момент — начальника одной из лабораторий, однажды «в результате удара рабочая продукция самопроизвольно разгрузилась и рассыпалась по полу центрального зала». Ядерное топливо собирали совковыми лопатами, так как никаких аппаратов с дистанционным управлением еще не изобрели.

К концу 1948 года А-1 пришлось фактически собирать заново с заменой труб на анодированные, с антикоррозийным покрытием. В ходе этих работ сильно облучились как рядовые сотрудники, так и руководители, вплоть до находившегося на месте Курчатова.

Бомбы важнее безопасности

Впрочем, первые ядерные реакторы по части безопасности были далеки от идеала и в СССР, и в США, и в Великобритании. Анатолий Александров, один из помощников Курчатова, писал в мемуарах: «У них [англичан], значит, один из реакторов производственных, на которых они делали плутоний, разрушился, кладка раскалилась добела, весь уран, конечно, к чертовой матери расплавился, выбросило и уран, и осколки — все. И даже коровы, которые были в радиусе 100 км от реактора, давали радиоактивное молоко».

Авария в Уиндскейле, о которой вспоминал Александров, случилась в 1957 году. Буквально за пару недель до этого на комбинате 817 взорвалась емкость с радиоактивными отходами. Реактор не задело, но по масштабу экологической катастрофы этот взрыв уступил лишь печально известным авариям в Чернобыле и на Фукусиме. Правда, о последствиях было мало что известно вплоть до 1989 года, когда власти обнародовали данные.

По современным меркам что А-1, что «чикагские поленницы», что опытные установки вроде «заряда-демона» в Лос-Аламосе, где плутониевый шар накрывали отражателем вручную, были просто кошмаром. Но в те времена ядерщики не думали о безопасности, как в наши дни. Главным было как можно быстрее изготовить ядерное оружие, а позже — реакторы для военных подлодок. Спешка, амбиции военных и недостаток знаний о вреде радиации приводили к тому, что уран сгребали лопатами, атомные бомбы взрывали в атмосфере, а на объектах то и дело случались аварии. Как сделать безопасные и эффективные реакторы, задумались позже, но это уже другая история.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Живые сенсоры

Что окольцованные птицы и животные могут рассказать нам об окружающем мире

В августе на МКС заработает антенна российско-германского проекта ICARUS, при помощи которой ученые будут отслеживать передвижения птиц и животных. «Чердак» встретился с орнитологом Мартином Викельски, руководителем ICARUS, чтобы узнать, как проходит последний этап подготовки к запуску проекта, как сегодня окольцовывают птиц и животных и как козы предсказывают землетрясения.
Добавить в закладки
Комментарии

— Мартин, вы работаете над проектом ICARUS. Что это за проект?

— Проект ICARUS (International Cooperation for Animal Research Using Space — Международное сотрудничество по изучению животных при помощи космоса) — это совместный российско-германский проект, обе стороны вносят равный вклад в его реализацию. Со стороны России есть потрясающие космические системы, со стороны Германии — технологические разработки. Очень важно, что мы можем реализовать этот проект действительно быстро, потому что оборудование для проекта — антенна и бортовой компьютер — доставлено на МКС. Мы одни из первых, кто делает интернет вещей через спутниковые системы. По сути, это CDMA, множественный доступ с кодовым разделением каналов, такая цифровая коммуникация между космосом и землей в упаковке.

Проект посвящен изучению животных. Это очень важно еще и потому, что животные — наиболее совершенные «датчики» изменений в окружающем мире. Созданные человеком устройства хороши, они могут быть очень сложными, но животные чувствуют изменения в природе миллионы лет — они всегда лучше «покажут», если что-то начнет меняться в окружающей среде.

Мартин Викельски. Фото: Алиса Веселкова / Chrdk.

Мартин Викельски. Фото: Алиса Веселкова / Chrdk.

[ ... ]
Читать полностью

Грубый, как клешня

После успешного редактирования системой CRISPR-Cas клетки человека рискуют стать раковыми

Клетки человека, успешно отредактированные системой CRISPR-Cas9, скорее всего потом окажутся раковыми — узнали те, кто 11-го числа прочел свежий номер Nature Medicine. На фоне таких новостей стоимость «криспровых» фармкомпаний начала падать. «Чердак» кратко рассказывает о том, что именно напугало биржу биотехнологий, и рушат ли новые данные наши надежды на светлое генно-модицифированное будущее.
Добавить в закладки
Комментарии

Тревожные известия принесли сразу две независимые группы исследователей, статьи которых опубликовал журнал Nature Medicine в начале этой недели. Первая группа исследовала воздействие CRISPR-Cas9 на клетки сетчатки глаза человека, вторая — на плюрипотентные стволовые клетки.

Ученые пришли к одному и тому же выводу: белок p53, который специализируется на регулировании жизненного цикла клетки и не позволяет ей стать раковой, способен противостоять вмешательствам системы CRISPR-Cas в геном. Соответственно, если клетки человека были успешно отредактированы при помощи CRISPR-Cas, у них, с большой вероятностью, ген p53 или совсем не работает, или в результате мутации работает не совсем хорошо, иначе он бы помешал редактированию. А это значит, клети без подобного «противоракового предохранителя» с ненулевой вероятностью станут через некоторое время опухолевыми.

Бег с препятствиями

Система CRISPR-Cas9 — это иммунитет бактерий, они используют ее для борьбы с вирусами и бактериофагами, разрезая их ДНК, словно ножницами. Эту способность ученые открыли в начале 2000-х годов, а в 2012—2013 годах показали, что системы CRISPR-Cas могут работать не только в клетках бактерий. [ ... ]

Читать полностью

Крылья, ноги, хвост… Главное — многоразовость!

Почему Россия наконец повернулась к многоразовым ракетам лицом и что из этого выйдет

Илон Маск считает, что многоразовые ракеты должны садиться на хвост, опираясь при этом на «ноги». Часть российских ракетчиков — что первым ступеням лучше планировать на крыльях и садиться на шасси. Другая их часть — что выгоднее всего парашют. Кто прав и кто на самом деле выиграет гонку за многоразовость?
Добавить в закладки
Комментарии

Несколько лет назад в нашей космической отрасли было трудно найти более «однозначную» тему, чем многоразовые ракеты. Практически все отечественные специалисты, чья позиция освещалась СМИ, говорили одно и то же: опыт шаттлов показал, что многоразовые носители дороже одноразовых. Поэтому смысла идти в русле решений SpaceX, создавая многоразовые первые ступени для ракет и многоразовые же космические корабли, особо нет.

За этим последовали 2016—2017 годы, когда SpaceX впервые запустила «бэушную» ракету — и все быстро изменилось. Фонд перспективных исследований объявил о том, что в России создается сверхлегкий носитель с многоразовой первой ступенью, оснащенной крыльями. Однако при внимательном рассмотрении выясняется, что новый проект — это уменьшенный «Байкал», концепция которого была представлена еще в 2001 году. Есть ли у проекта, возникшего 17 лет назад, шансы догнать уходящий поезд многоразовости?

Какие плюсы у возврата ступени на крыльях

Любая первая ступень ракеты взлетает на десятки километров, то есть имеет очень большую «даровую» энергию, которую можно использовать для возврата к космодрому. Она может просто спланировать от точки разделения со второй ступенью до посадочной полосы. Но у обычной ступени очень плохая аэродинамика — это просто цилиндрический бак от горючего и окислителя, он далеко не спланирует. Поэтому еще в 2001 году родился проект «Байкал». Его первая ступень должна была оснащаться большим прямоугольным крылом, которое на старте оставалось сложенным, а после отделения второй ступени и полезной нагрузки разворачивалось и позволяло первой ступени нормально планировать. [ ... ]

Читать полностью