Вот какие вопросы стояли перед физиками, собиравшими этот первый в истории человечества прибор. Руководил работами итальянский физик Э. Ферми. Первый в Европе реактор был создан в 1946 году в Москве коллективом, который возглавлял И. Курчатов.
Нужно сказать, что, хотя эти ядерные реакторы были созданы в разное время, для каждого коллектива ученых они были действительно первыми. Ученые работали независимо друг от друга и ничего не зььали о работах зарубежных коллег. Лишь в послевоенные годы были опубликованы сведения жо этим реакторам.
И вот что интересно: тогда-то и выяснилось, что американские и советские ученые шли одним и, тем же путем и решали очень сходные проблемы. На реакторах и в Чикаго и в Москве в качестве замедлителя был использован графит. В обоих случаях был создан реактор так называемого гетерогенного типа.
Можно было подумать, что такое совпадение чисто случайное, которого в иных условиях могло бы и не быть.
Но, пожалуй, истина в том, чтго" ученые в нашей стране и в США отыскали именно тот единственный оптимальный путь, который в та время был кратчайшим, ведущий к победе.
Может быть, некоторые читатели заметили одно противоречие: в первых реакторах использовался природный уран, а в начале этой главы было сказано, что создать реактор в виде однородной смеси графита (углерода) с природным ураном невозможно. Действительно, это так. В процессе замедления очень много нейтронов бесполезно поглощается в уране-238, и их начинает недоставать для цепной реакции. Реактор создать невозможно. И физики нашли оригинальное и в то же время удивительно простое решение. Казалось, они предложили бесполезную вещь - не распределять уран равномерно в графите, а собрать его в блоки-стержни и расставить их на некотором расстоянии друг от друга. Блоки же графита разместить между ними.
Что это изменило?А вот что. Быстрые нейтроны, вылетевшие при делении, замедляются теперь в блоках графита и не встречаются или встречаются очень редко с ядрами природного урана. И только после того, как они пройдут опасную область энергии, в которой уран2,38 весьма жадно их поглощает, они становятся тепловыми, медленными и захватываются ядрами урана-235.
Придумав этот оригинальный способ замедления нейтронов, физики все же через некоторое время поняли, что цепную ядерную реакцию с графитом, который выпускала тогда промышленность, осуществить невозможно, ибо в нем были многочисленные примеси химических элементов и среди них наиболее опасный для реакторов - бор.
Пришлось обращаться на заводы к специалистам с просьбой вырабатывать предельно чистый графит.
"Было очень трудно, - пишет С. Аллисон, руководивший в Чикагском университете химическим отделом проекта, - объяснить крупным поставщикам графита, почему вдруг нужно изготавливать тысячи тонн по нормам, применявшимся до тех пор исключительно для дуговых устройств спектроскопических анализаторов". Подобная ситуация возникла и у И. Курчатова. На завод, который должен был дать графит, были переданы жесткие требования к новому продукту. Директор предприятия жаловался: "Ваши требования многие встречают в штыки. А мы им возразить не можем: сами не понимаем, для чего вам нужна такая дьявольская чистота графита?" Были и курьезы. Заводской инженер, предположивший, что графит нужен для синтезирования алмазов, хвалился, что понимает важность таких жестких требований, но хотел бы знать, каким методом физики делают алмазы и как они создают высокие давления и каков выход продукции.
Так или иначе многие трудности, связанные с подбором материалов и приборов, были благополучно преодолены. И вот под трибунами университетского стадиона "Стейдт Филд" в Чикаго началось сооружение реактора. Он был построен на площадке для скуаша, своеобразного американского тенниса. На балконе вблизи установили измерительную аппаратуру. Там же находился пульт управления стержеями, которые можно было в любой момент опустить в реактор. Регулирующим стержнем управлял Д. Вейль. Момент пуска первого реактора жена Э. Ферми описывает так:
"Ферми продолжал свои объяснения, и руки его указывали "а те предметы, которые он называл: "Перо, которое вы видите здесь, чертит кривую, показывающую интенсивность реакции. Когда в котле (так называли раньше реактор) начнется цепная реакция, перо станет чертить кривую, которая будет подниматься все выше и выше и уже не будет снижаться... Итак, мы приступаем к нашему опыту.
Вейль сначала остановит стержень на пометке тринадцать футов. Другими словами, тринадцать футов длины стержня все еще будут находиться внутри котла.
Счетчики наши заработают быстрее, а перо проведет кривую вверх вот до этой точки, а затем пойдет по горизонтальной прямой. Начинайте, Джордж!"
Все глаза приковались к самопишущему прибору.
Все следили за ним затаив дыхание... Счетчики защелкали чаще, перо двинулось вверх и остановилось на той самой точке, которую показал Ферми... И так повторялось несколько раз...
Трудно сказать, как велика была опасность, которую нельзя было предвидеть, и что, собственно, могло произойти. И все-таки люди на этом корте столкнулись с чем-то неведомым! Они не решились бы с уверенностью сказать, что могут ответить на все вопросы, которые приходят им в голову. Осторожность здесь поощрялась. Осторожность лежала в основе всего. Пренебрегать ею было просто безрассудно...
Ферми снова сказал Вейлю: "Выдвиньте еще на фут,.." Счетчики защелкали чаще, пер.о поползло вверх, и кривая уже больше не стремилась выровняться по горизонтали - в котле шла цепная реакция.
Под потолком засуетилась "бригада самоубийц" с жидким кадмием в руках (жидкий кадмий - раствор в воде соли кадмия, вещества, чрезвычайно сильно поглощающего нейтроны. Заливая реактор таким раствором, можно погасить цепную реакцию). Но ничего не случилось. В течение двадцати восьми минут все смотрели на контрольные приборы. Котел вел себя, как ему и полагалось, то есть так, как надеялись физики, несмотря на все опасения".
Это произошло 2 декабря 1942 года. В те годы наша страна переживала тяжелые дни Великой Отечественной войны. Но работы по созданию реактора под руководством И. Курчатова уже начались...
Весной 1946 года в нескольких сотнях метров от домика И. Курчатова на территории лаборатории № 2 (прежнее название Института атомной энергии) закончилось строительство и отделка здания, которое тогда называли монтажными мастерскими. В бетонированном котловане десятиметровой ширины, длины и высоты выложили метровый слой графита и на нем стали складывать первый шар из уран-графитовых блоков. В графитовых кирпичах, из которых выкладывали реактор, имелись отверстия для урановых блоков, похожих на гирьки. Пока не было всего необходимого урана и графита, в здании собирали различные модели, с помощью которых можно было определить многие нужные физические параметры установки. И вот в декабре 1946 года прибыли последние партии урана и графита. На слое графита стали размещать графитовые кирпичи с вставленными в них блоками урана. Кирпичи клали так, чтобы реактор по форме как можно точнее напоминал шар - тогда меньше нужно графита и урана.
Наконец выложено шестьдесят два слоя графитовых кирпичей. Измерения показывают, что реактор почти критический. Надо еще немного улучшить размножение нейтронов - и цепная реакция начнется. И. Курчатов отпустил на отдых всех, непосредственно не связанных с пуском, а сам начал поднимать регулирующий стержень. Чем выше тот поднимался, тем осторожнее становились движения ученого. Вот стержень выдвинут еще немного. Зайчик гальванометра, а он должен был показывать поток нейтронов, чуть сдвинулся с места и остановился. Реактор заработал, но мощность его не растет, значит, еще нет цепной реакции. "Отдохнем", - говорит Игорь Васильевич. Потом еще поднял стержень на десять сантиметров. Зайчик гальванометра тронулся и начал двигаться по шкале не останавливаясь. Вот он ушел за шкалу; переключается масштаб измерений.
Мощность растет. Звонко щелкают динамики - это электрические импульсы, создаваемые нейтронами в счетчиках, с помощью усилителей превращаются в звук.
Щелчки динамиков учащаются: барабанная дробь сменяется пулеметной очередью, а затем и вовсе нельзя различить отдельные щелчки - все сливается в сплошной гул. Реактор стал надкритическим. И. Курчатов тут же оценил мощность: "Вот они, первые сто ватт от цепной реакции делений!"
Потом каждому пожал руку и поздравил с победой.
Реактор был пущен в 18 часов 25 декабря 1946 года.
Пока задачу приходится сводить к предыдущей
До сих пор мы еще не говорили, в каком виде выделяется энергия при делении атомного ядра. Очевидно, что часть ее связана с нейтронами, вылетающими при делении. Обладая огромной скоростью в 20 тысяч километров в секунду, они несут энергию в 5 Мэв на деление, что составляет 2,5 процента всей энергии разделившегося ядра. На гамма-излучение и на электроды приходится 10 процентов. Около 6 процентов уносит с собой нейтрино, причем уносит безвозвратно. И, наконец, 81,5 процента (или 88, если не учитывать всепроникающее нейтрино) приходится на осколки, те новые ядра, которые образуются при делении урана-235. Если ядро разделится точно пополам, отдав одинаковое количество энергии каждой половинке, то новое ядро-осколок будет лететь со скоростью двух тысяч метров в секунду. Обладая такой скоростью и массой, более чем в сто раз превышающей массу нейтрона, летящие осколки и уносят основную долю энергии, выделяющейся при делении.
