| |
return_links(1); ?> |
return_links(1); ?> |
return_links(); ?> |
|
| |
|
|
| |
Уран-графитовый реактор - источник плутония
|
|
| |
История создания первого советского уран-графитового реактора.
|
|
| |
Борис ГОРОБЕЦ,
доктор геолого-минералогических наук, профессор
|
|
| |
К началу 1940-х годов физики уже знали, что лишь два элемента, уран-235 и
плутоний-239 (его тогда называли эка-осмий), пригодны для цепной реакции деления
со взрывом. Всего неделю спустя после назначения начальником Лаборатории № 2, 22
марта 1943 г. , Курчатов направил записку заместителю Председателя СНК СССР М.
Г. Первухину, который до августа 1945 г. занимался атомной проблемой по линии
правительства. В ней был сформулирован курс на первоочередное получение плутония
и строительство для этого уран-графитового котла (реактора). Заместитель
начальника ПГУ (Первого главного управления) В. В. Гончаров вспоминает: "Я
чувствовал, что И. В. Курчатов, имея в своей ядерной программе задачу получения
урана-235, не считал ее первоочередной. Все его помыслы и силы были отданы
быстрейшему получению плутония-239. Это было видно по его отношению к объекту №
813 <пос. Верх-Нейвинск в Свердловской области, где строился комбинат для
получения урана-235>. Туда он наезжал очень редко, и его визиты были очень
кратковременными. В то же время на объекте № 817, где сооружался уран-графитовый
реактор, он бывал часто, а затем и просто жил там, следя за всем и концентрируя
там все свои научные силы и руководство Спецкомитета и ПГУ".
Ключевой физической проблемой реактора была борьба с потерями нейтронов. Для
этого прежде всего нужны были "котельные" материалы высокой чистоты: источник
нейтронов уран и замедлители нейтронов графит или тяжелая вода в невиданных
количествах, сотнях и тысячах тонн. Главный технолог проекта уран-графитового
котла, а затем его главный инженер В. И. Меркин (1914-1997 гг. ), писал: "К
этому времени уже было ясно, что каковы бы ни были преимущества тяжелой воды в
качестве замедлителя <с ней требуется гораздо меньше урана-235>, ее нельзя будет
получить в больших количествах в обозримом будущем. Поэтому в Лаборатории № 2
усилия в основном были направлены на получение чистого графита". Правительство
поручило производство чистого металлического урана бывшему заводу боеприпасов в
г. Электросталь Московской области (завод № 12), а графита - Московскому
электродному заводу.
Графит должен быть эффективным замедлителем нейтронов, но не их поглотителем,
поэтому требовалось снизить количество примесей бора, кадмия, лития и некоторых
лантаноидов, сильных поглотителей нейтронов. Исходное содержание бора в
промышленном электродном графите было (1-4)*10-4 %, а зольность -
0,4-0,8 %. Из-за этого его сечение захвата нейтронов составляло (6-20)*10-27
см. кв. Необходимо было снизить количество указанных примесей до стотысячных и
даже миллионных долей процента и получить сечение захвата нейтронов не более чем
5*10-27 см. кв.
Эта задача была решена путем обработки графита хлором при обжиге. Измерения
длины свободного пробега тепловых нейтронов в сверхчистом графите дали 48,5 см
при плотности графита 1,7 г/см. куб. и зольности 0,02 %. Это была крупная
победа. Подчеркнем, что во время войны немецкие физики совершили, к счастью для
остального мира, грубую ошибку. Их измерение длины свободного пробега тепловых
нейтронов в графите дало гораздо меньшее значение. Немцы просто не поняли, что
виноваты примеси, иначе они тоже, конечно, сумели бы очистить свой графит. Но
они решили, что углерод как таковой - слишком сильный поглотитель нейтронов, и
сделали выбор замедлителя в пользу тяжелой воды. Однако в 1942 г. англичане
разбомбили единственный в мире завод по производству тяжелой воды в
оккупированной Норвегии, а запасов своей тяжелой воды у немцев было слишком
мало, и не хватило времени ее произвести.
Далее, в гомогенной смеси урана и графита при замедлении быстрых нейтронов до
тепловых скоростей обнаружилось резонансное их поглощение в определенном
диапазоне энергий. Чтобы резко его снизить, в американском уран-графитовом
реакторе в Хэнфорде, по данным нашей разведки, была применена блочная схема
размещения урана и графита. Наши физики рассчитали уран-графитовую решетку, в
которой коэффициент размножения нейтронов был максимальным. Цилиндрические
урановые блоки имели диаметр 32 мм и высоту 100 мм, между ними размещались
графитовые блоки 10x10x60 см с шагом 22 см.
В оптимальных условиях управления реактором указанный коэффициент должен
составлять 1, 07. Это означает, что на 100 нейтронов, поглощаемых в ста ядрах
урана, должно вылетать в среднем 107 нейтронов. В марте 1946 г. лабораторный
эксперимент дал коэффициент размножения 1, 09±0, 02. Это была еще одна крупная
победа. Опытный уран-графитовый котел Ф-1, построенный в Москве, в Лаборатории №
2, был пущен 25 декабря 1946 года. Следующей срочной задачей стало
проектирование и строительство промышленного уран-графитового реактора.
Главным конструктором его был Н. А. Доллежаль. Николай Антонович родился 27
октября 1899 года в семье земского инженера в селе Омельник Екатеринославской
губернии (ныне Запорожская область). По окончании
Подольского реального училища в 1917 г. поступил в МВТУ на механическое
отделение, которое окончил в 1923 г. Разрабатывал тепловое оборудование для
восстанавливаемых заводов, позже работал на предприятиях химической
промышленности. В предвоенные годы Доллежаль - технический директор
Ленинградского института азотного машиностроения, затем - главный инженер завода
"Большевик" в Киеве, директор НИИ химического машиностроения.
В начале 1946 г. в НИИхиммаше создается секретный Гидросектор для проектирования
промышленного реактора. После первого испытания атомной бомбы Доллежаль стал
Героем Социалистического Труда. Затем он спроектировал ядерный реактор для
первой в мире АЭС в Обнинске, реакторы для атомных подводных лодок и стал дважды
Героем. Заключительный этап творчества Доллежаля - реакторы РБМК для АЭС (в том
числе - для Чернобыльской АЭС, совместно с коллективом академика А. П.
Александрова). Николай Доллежаль прожил почти 102 года, жизнь этого
фантастического инженера проходила в трех веках! Он умер в 2001 г. и был с
почетом похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
... Зная, что американцы уже получали плутоний в реакторах с горизонтальным
расположением каналов с урановыми блоками, Курчатов поначалу предложил Доллежалю
ту же схему. Преимуществами горизонтального варианта были одинаковая доступность
обоих фронтов реактора для обслуживания и возможность применения двухполозковой
трубы, обеспечивающей большие зазоры на случай распухания блочков. Недостатками
- трудность смены каналов, неравномерные деформации, в особенности при тепловой
нагрузке, и распространение воды по всей графитовой кладке при протечках из
труб. При вертикальном расположении каналов преимуществом становилась простота
схемы разгрузки - снизу, - а также использование силы тяжести при загрузке и
разгрузке и возможность пуска воды в каналы самотеком при аварии насосов.
Недостатки вертикального варианта заключались в невозможности достижения
преимуществ варианта горизонтального.
Николай Доллежаль выступил за вертикальный вариант. Его решающим аргументом была
простота выгрузки урановых блоков в помещение с кюбелями (особыми емкостями под
грузы) под реактором. НТС ПГУ решило на своем заседании, продолжавшемся с
короткими перерывами 92 часа, принять проект Доллежаля. Голоса 12 членов
экспертной комиссии разделились: семь человек, включая Курчатова, были за
вертикальный вариант, пятеро - против. На этапе создания первой советской
атомной бомбы это было самое принципиальное и рискованное отступление от
американского пути. С тех пор в советских промышленных атомных реакторах
применяется только вертикальная схема каналов. А тогда НИИхиммаш очень спешил и
всего за четыре месяца выдал законченный проект реактора "А". Курчатов подписал
его чертежи раньше пуска Ф-1, подчеркнув, что времени терять нельзя. В мае 1946
г. начали готовить стройплощадку, а в августе строителям был передан проект
самого реактора.
Место для сооружения реактора "А" выбрали на Южном Урале, в местности,
изобилующей озерами (сейчас там находится закрытый атомград Озерск). Строящийся
комбинат № 817 включал в себя три завода: "А" (реакторный завод), "Б" (завод по
химическому извлечению плутония из облученных урановых блочков) и "В" (завод по
получению металлического плутония и изделий из него). Строительство
обеспечивалось финансированием через Госбанк, без проектов и смет, по заявленным
фактическим затратам, включая производство оборудования и
проектно-изыскательские работы. Условием для оплаты была только подпись И. В.
Курчатова или Б. Л. Ванникова.
На все крупные объекты атомной отрасли назначались свои научные руководители, но
на комбинате № 817 таковым стал сам Курчатов, продолжавший нести одновременно
гигантский груз научного руководства всем Атомным проектом. Руководящую роль в
возведении объекта играли генералы НКВД А. П. Завенягин, первый заместитель Б.
Л. Ванникова по ПГУ, и А. Н. Комаровский, начальник Главпромстроя НКВД СССР.
Еще в конце 1945 года Спецкомитет поручил А. П. Завенягину, в военное время
возглавлявшему в НКВД строительство предприятий тяжелой промышленности,
подыскать территорию для реактора, которая отвечала бы множеству заданных
критериев. В их числе - достаточная удаленность от Москвы (по указанию Сталина,
из соображений радиационной безопасности, не менее 400 км), но и не чрезмерная,
чтобы можно было туда добраться максимум за двое суток; возможно большая
удаленность от границ СССР (чтобы затруднить задачу самолетов-шпионов и
бомбардировщиков); наличие развитой сети железных дорог; близость
машиностроительных, металлургических и химических заводов; обилие водных
источников и т. д.
Завенягин выбрал район, лежащий между городами Кыштым и Касли, где бывал еще
перед войной как депутат Верховного Совета СССР от Кыштымского избирательного
округа. Вся ответственность начального, организационного периода стройки легла
на начальника Челябметаллургстроя генерал-майора Я. Д. Рапопорта. Еще в декабре
1945 г. в военных лагерях Челябинска началось формирование военно-строительных
батальонов. Оно закончилось в мае 1946 г. Всего под Кыштым направили десять
военно-строительных батальонов численностью около тысячи человек. |
|
| |
|
|
| |
Еще статьи на эту тему:
|
|
|
|
