От даборатории до «Атоммаша»

Предвиденное, но неожиданное открытие

В Институте химии на Тиль-аллее в Берлин-Далеме, западном районе города, по вечерам бывало тихо и темно. Странной архитектуры было это трехэтажное здание: по фасаду античный портик с четырьмя колоннами и большие окна, расчерченные переплетами на стеклянные обывательские клеточки, над ними крутая крыша с мезонинными окошками, на углу мощно выступающая вперед башня, увенчанная металлическим шлемом с кайзеровским шишаком-шпилем — смешение чего-то радостного, римско-греческого, с мещанским скупердяйством и казарменной угрюмостью. Впрочем, прохожих внешний вид здания не удивлял: в Берлине разностильных домов хватало. Тех, кто в этот пронзительно сырой декабрьский вечер 1938 года пробирался, подняв воротник и пряча лицо от ледяных брызг, по Тиль-аллее, удивляло другое — в знаменитом институте светилось несколько окон. Это уже было нарушением порядка, в такое время надо отдыхать в кругу семьи или, мирно потягивая пиво из поздней кружки в соседней пивной, просматривать вечернюю газету с очередной речью фюрера: «Мы, немцы, покажем всему миру!» Как видно, здесь произошло что-то из ряда вон выходящее, думали редкие прохожие, и не ошибались.

Нарушил строгий служебный распорядок института сам его директор, известный радиохимик Отто Ган. Он сидел в своем кабинете, рассеянно глядя на недописанное письмо, и пускал клубы дыма. Надо было успокоиться. Случилось необычайное. Пятидесятивосьмилетний профессор не понимал собственных экспериментов. Их результаты казались немыслимыми.

Ученый откинулся на спинку кресла, жадно затянулся. Почему вообще возникла нужда в этих экспериментах? Все началось четыре года назад, вспоминал Ган, с замечательных опытов Энрико Ферми. Они были до гениальности смелы и до восхищения просты. Ферми брал разные химические элементы, обстреливал их нейтронами и получал другие элементы. Поглощая нейтрон, ядра становились на атомную единицу тяжелее, и это порождало их неустойчивость. От неустойчивости они освобождались, излучая электрон, и тем самым передвигались на одну клетку в таблице Менделеева. Так бета-активный (то есть излучающий один электрон) литий становился бериллием, бериллий — бором, бор — углеродом. Превращение совершалось в точном соответствии с законами физики, легко объяснялось теоретически, неизменно наблюдалось в каждом эксперименте. То, о чем мечтали средневековые алхимики, стало обычной лабораторной задачей, которая под силу любому студенту. И все было понятно в этих опытах, как ни поражали они воображение.

Только раз великолепного итальянского физика постигла неудача. Он облучал нейтронами уран — последний, самый тяжелый элемент Менделеевской таблицы. И уран показал бета-активность, даже двойную бета-активность — один за другим из облученного ядра исторгались два электрона. Это значило, что в эксперименте родились два новых элемента, заурановые, еще неизвестные в природе, — один сравнительно короткоживущий, другой более устойчивый. Оставалось только химически выделить из исходного материала и с гордостью продемонстрировать миру: вот они, искусственные элементы, созданные не природой, а человеком! Но выделить трансураны не удалось. Трансураны оказались призраками. Даже Ферми растерялся и отрекся от своего открытия: публично признал, что не нашел их.

И вот тогда-то он, Отто Ган, и его многолетняя сотрудница Лиза Мейтнер подхватили эстафету, брошенную итальянцем. Кому же еще распутывать подобные загадки, как не химику Гану и физику Мейтнер? Разве Эйнштейн не ставил Лизу выше великой Марии Кюри, к которой, это всем известно, питал глубокое уважение и дружеские чувства! То, что не удалось в Риме, должно удасться в Берлине, решили они с Лизой. И за несколько лет трудной, кропотливой работы им и вправду удалось осуществить целых три ряда превращений облученного урана, получить как один из вторичных продуктов и девять неизвестных до того трансурановых элементов. Определены химические свойства каждого, только названий не дано, названия оставлены на будущее.

Никто в мире не усомнился в берлинском успехе: точность немцев всем известна. А в Париже усомнились. Ирен, дочь Марии Кюри, три года да назад вместе с мужем Фредериком Жолио удостоенная Нобелевской премии за открытие искусственной радиоактивности, пожелала проверить сообщение из Берлина. В Институте радия, основанном ее матерью, Ирен с югославом Павле Савичем повторила берлинские опыты и вместо естественно возникающих сверхтяжелых элементов нашла в продуктах реакции элемент среднего веса — тривиальный лантан. Мадам Ирен даже испугалась своей находки, осторожно назвала ее не лантаном, а лантаноподобным элементом, будто от этого что-то менялось.

Как они в Берлине смеялись над промахом парижан! Найденный Ирен Кюри элемент прозвали «кюрьезием», а само парижское исследование «кюриозным». Ган дружески посоветовал Фредерику Жолио впредь удерживать жену от несерьезных публикаций, а сам с ассистентом Фрицем Штрассманом повторил свои прежние эксперименты, чтобы окончательно рассеять сомнения в существовании трансуранов. И вот эксперименты заканчиваются. Но они опровергают не легковесных парижан, а солидных немцев! Все, что делал Ган до сих пор, им же поставлено под вопрос, Пошатнулись незыблемые физические законы! В продуктах облученного на обнаружен не только лантан, но и барий — обнаружен твердо, точно это тоже элемент среднего веса, а не сверхтяжелый трансуран! Но продукты облучения по-прежнему бета-активны — излучают электроны, а не какие-то иные частицы, это показывает каждое измерение! Он, профессор Отто Ган, сам стоит у лабораторного стола, сам записывает показания счетчиков: бета-электроны, сомнений быть не может! Откуда же, черт возьми, берутся элементы среднего веса вместо трансуранов?

Ган вздохнул. Ах, как надо бы посоветоваться с Лизой, с милой подружкой Лизхен! Только она может внести ясность, спасти рушащиеся в пропасть законы радиоактивных превращений. Ровно тридцать лет трудились они бок о бок, сперва лаборанты, потом профессора Берлинского университета, сейчас признанные в научных кругах авторитеты радиохимии. Нет рядом Лизы. Этой весной Австрию присоединили к Германии, и австрийская еврейка Лиза Мейтнер, долгие годы проработавшая в Берлине и покрывшая себя славой, стала подданной рейха — нежеланной подданной, парией, существом низшего сорта. Осведомленные друзья осторожно намекнули Лизе, что вскоре ей предстоит сменить лабораторию на барак концентрационного лагеря, — и вторая в мире после Марии Кюри исследовательница радиоактивности бежала в Швецию. Теперь вместо задушевных бесед и пылких споров — иначе спорить Лиза не умеет — он должен тайно писать ей. А как передашь в письме смятение чувств, растерянность мыслей?

Ган, не выпуская изо рта сигары, снова взялся за перо. Письмо к Лизе из делового сообщения все больше превращалось в излияние души:

«Вечер. Понедельник, 19 декабря, лаборатория… Весь день я и неутомимый Штрассман при поддержке фройляйн Либер и Боне работали с продуктами урана… Что-то все же есть в этих «изотопах радия»… Они отделяются от всех элементов, кроме бария, и так во всех реакциях. Только с барием — если это не наваждение — фракционирование отказывает. Наши изотопы радия имеют свойства бария. Хотя и не исключено случайное стечение обстоятельств, мы все более приходим к ужасному заключению: наши изотопы ведут себя не как радий, а как барий… Пока сообщаем это только тебе. Может, найдешь какое-нибудь фантастическое объяснено нужна полная ясность… Займись-ка, не придумаешь ли что-нибудь… Скажем, не может ли быть изотопов бария с гораздо большим атомным весом, чем 137? Не верится, что мы так долго заблуждались или что какое-то загрязнение сыграло с нами злую шутку. Сейчас я опять должен идти к счетчикам. Через несколько дней напишу еще… Отвечай поскорее. Сердечный привет твоему Отто».

В кабинет быстро вошел Штрассман. На его открытом лице не было и следа тревоги, терзавшей профессора. Ган хмуро кивнул на письмо.

— Не знаю, как примет Лиза наше сообщение. Не сочтет ли, что мы замахнулись на результаты ее трехлетней работы? Боюсь, возьмет под сомнение наши эксперименты.

Фриц Штрассман, тридцатишестилетний химик, глубоко уважал свою бежавшую из Германии руководительницу. В трудные для начинающего ученого годы Мейтнер помогала ему и советами, и критикой, и — это было столь важно при его скудном жалованьи — возможностью дополнительного заработка. Но в точности своих измерений Штрассман был уверен и отстать не собирался. Разве господин профессор не рассказывал, как лет десять назад, когда он хотел вмешаться в спор Лизы с одним из физиков, она ласково, но твердо прервала его: «Ганчик, что ты понимаешь в физике? Иди к себе наверх!»?

— Если она усомнится в нашей точности, я скажу ей: «Что вы понимаете в химии, госпожа профессор?» — весело объявил Штрассман. — наверняка она засмеется. Можно мне сделать приписку к вашему посланию?

И он приписал в письме Гана: «И от меня сердечный привет и наилучшие пожелания. Ваш Фриц Штрассман».

Ган не ошибся в своих предположениях. Получив его письмо, Лиза Мейтнер, как и он, растерялась. «Ваши результаты с барием ошеломляют, — ответила она сразу же, 21 декабря. — Процесс, идущий на медленных нейтронах и приводящий к барию!.. Признать такой необычный распад мне пока очень трудно, но мы пережили в ядерной физике столько неожиданностей, что уже ни о чем нельзя сказать прямо: это невозможно. Впрочем, исключены ли более тяжелые трансураны?»

На немедленно отосланный Лизой вопрос последовал столь же быстрый ответ: видимо, исключены! Дело в том, что, кроме бария, в продуктах реакции обнаружен и лантан, о котором писали Ирен Кюри с Павле Савичем. Не загадочное «лантаноподобное вещество», а самый настоящий лантан, сосед бария в средней части таблицы Менделеева. Штрассман, увлеченный новыми результатами, даже неосторожно заявил, что все прежние трансурановые находки были, возможно, не более чем натяжкой.

Мейтнер обиделась. Старые друзья порочат их прежнюю совместную работу. Ее упрямая соперница Ирен Кюри берет реванш. Сколько раз они с Ганом доказывали, что в Париже эксперименты неточны, что немцы всегда тщательней работают за лабораторным столом. А теперь берлинцы сами развенчивают свое экспериментальное искусство! Лиза с горечью написала Гану: «Вопрос о реальности трансуранов имеет для меня сугубо личный характер. То, что вся работа трех последних лет ошибочна, должна установить не только одна сторона. Ведь и я ответственна за эту работу Если трансуранам суждено исчезнуть, вы окажетесь в лучшем, чем я, положении, так как сами пришли к этому, мне же останется лишь опровергнуть свою трехлетнюю работу… Впрочем, я еще отнюдь не убеждена, что трансураны были натяжкой, как думает Штрассман».

22 декабря 1938 года два берлинских радиохимика отправили сообщение о неожиданных результатах своих экспериментов в журнал «Натурвиссеншафтен». С научной честностью они закончили статью отнюдь не тривиальным резюме: «На основании этих кратко описанных опытов мы как химики должны бы изменить ранее приведенную схему, а именно: вместо радия, актиния, тория подставить символы «бериллий», «лантан», «церий». Но как «химики-ядерщики», в определенном смысле близкие физике, мы еще не можем решиться на этот шаг, противоречащий всем при ним представлениям ядерной физики. Возможно, наши результаты обусловлены какими-то случайными совпадениями. Мы намерены продолжить опыты с новыми продуктами превращений».

Так впервые прозвучал сигнал — пока еще нерасшифрованный, о том, что человечество вступает в новую эру, ныне повсеместно называем атомной.

Попытку разгадать загадку экспериментов, как и надеялся Ган, сделала изгнанница Лиза Мейтнер. Ревность к одержавшей победу Ирен Кюри и обида на старых друзей недолго ее томили. Мейтнер была истинным исследователем — таких нераскрытые тайны увлекают. К ней, в Кунгельв близ Гетеборга, на рождество приехал племянник Отто — Роберт Фриш — ему в письме Ган передавал привет, — тридцатичетырехлетний физик, тоже эмигрант из фашистской Германии, нашедший пристанище и работу Нильса Бора в Копенгагене. И Лиза предложила Отто вместе поломать голову над задачей: «Если Ган с его громадным опытом говорит что-нибудь, то в этом что-то есть!»

Неутомимо ставивший со Штрассманом все новые и новые опыты Ган сам подбросил Лизе идею, где искать решение. В очередном письме 28 декабря, он пишет: «Я хочу поскорее сообщить тебе кое-что о моих бариевых загадках: может быть, Отто-Роберт сейчас у тебя в Кунгельве и вы сможете обсудить это… Вот моя новая догадка: если бы уран-239 мог расщепиться на барий и мазурий, 138+101 дали бы 239! О точном равенстве массовых чисел не может быть и речи… С порядковыми номером дело, конечно, не проходит, поэтому несколько нейтронов должны превратиться в протоны… Возможно ли это энергетически? Я этого не знаю. Знаю только, что наш радий обладает свойствами бария, а наш актиний не имеет свойств элемента 89. Все остальное еще не проверено. Возможно, тебе удастся что-либо рассчитать и опубликовать. Если тут что-то есть, трансуранам придется… умереть. Боюсь, не причинит ли мне это мне горя…»

В этом поистине замечательном письме поражает и глубокое слияние ученого с наукой — удачи и странности эксперимента становятся его личной радостью, личным горем, и гениальные догадки, и мужественная готовность — напрасная, как потом выяснилось, — полностью отказаться от трансуранов, поиски которых принесли такую известность берлинскому Институту химии.

Лиза Мейтнер и Отто Фриш сформулировали свою задачу просто: новые эксперименты Гана и Штрассмана абсолютно точны; как их объяснить в согласии с законами физики? Ответ на этот вопрос был тоже ошеломляюще прост: ядро урана, захватившее нейтрон, раскалывается на две части, делится, как биологическая клетка, превысившая свои естественные размеры, на два осколка, два элемента среднего веса. Мейтнер и Фриш так и озаглавили свою заметку, срочно (для приоритета) посланную в начале января 1939 года в английский журнал «Нейчур», — «Деление урана нейтронами: новый тип ядерной реакции».

Как показали подсчеты, два осколочных элемента, образующиеся при разрыве или делении ядер урана, должны отскакивать один от другого с огромными скоростями — энергия разлета в миллионы раз превышает ту, что достигается при горении угля или взрыве динамита (естественно, в масштабе атома). И этот энергетический ход деления тяжелого ядра, безукоризненный на бумаге, казался столь невероятным, что Фриш, прервав свои рождественские каникулы, помчался из Швеции в Копенгаген, чтобы экспериментально установить наличие осколочных элементов, обладающих такой фантастической энергией.

Эксперимент подтвердил расчеты: и само ядро урана раскалывается при бомбардировке нейтронами, и энергия разлета чудовищно велика. А что до бета-излучений продуктов реакции, столь занимавших радиохимиков, то выброс электронов — в этом уже не сомневались ни Мейтнер с Фришем, ни Ган со Штрассманом — происходил не из ядер урана, а из ядер заново возникших элементов. Все радиоактивные превращения совершались с осколками, а не с материнским ядром. Этим, как представлялось четырем исследователям, сразу снимался мучительный вопрос о трансуранах. Для них трансураны умерли. Что к трансуранам еще придется возвратиться и что они сыграют важнейшую роль в развитии техники и колоссально усилят зловещую мощь ядерного оружия, тогда, в январе 1939 года, не предполагал никто.

Так были сделаны два первых шага в расшифровке нового физического явления, обнаруженного Ганом и Штрассманом: доказано, что ядра самого тяжелого элемента, урана, под действием нейтронов могут распасться на два элемента среднего веса и что при этом выделяется чудовищная энергия.

Закономерно возник новый вопрос: а нельзя ли эту высокоэнергетическую реакцию превратить из искусственно вызванной на единичных атомах в естественно протекающий процесс, охватывающий всю массу урана?

Ответ поступил немедленно вслед за публикациями Отто Гана и Фрица Штрассмана, Лизы Мейтнер и Отто Фриша. И не из какой-то одной лаборатории, даже не из одной страны, а из Соединенных Штатов, Франции, Советского Союза, Германии, Англии…

Трудно передать, какое волнение охватило физиков, когда они узнали о делении урана. В то время во всем мире едва ли набиралось две сотни ядерщиков, но среди них были те, чьи имена золотыми буквами вписаны в историю науки, авторы великих открытий в строении атома, исследованиях радиоактивности.

Ученых поразили две особенности нового открытия: с одной стороны, в нем осуществлялись давние ожидания и предвидения, с другой — оно было неожиданным и непредвиденным. Как же совмещались эти две исключающие друг друга противоположности: предвиденное и неожиданное? Что подтвердило ожидания и что поразило неожиданностью? Попробуем в этом разобраться.

На заре двадцатого века, в 1905 году, тогда еще молодой физик Альберт Эйнштейн доказал, что вещество может превращаться в энергию.

Масса эквивалентна энергии, и коэффициент эквивалентности, квадрат скорости света, — величина столь огромная, что даже крохотная масса способ на породить исполинскую энергию. Теоретическое обоснование этой энергии, получившей название скрытой, давало надежду на возможность ее высвобождения. К тому же одно явление, в котором исчезновение микроскопической массы высвобождало огромную энергию, предсказанную формулой Эйнштейна, было уже известно — за десять лет до первой статьи Эйнштейна Анри Беккерель открыл радиоактивность.

Не все поняли тогда значение этого открытия. Но два ученых — англичанин Эрнест Резерфорд и русский Владимир Иванович Вернадский — сразу оценили радиоактивность по достоинству. Процесс превращения ядра радия в ядра соседних элементов не поражал интенсивностью — половина радия распадается за тысячу шестьсот лет. Однако «энергетический эффект малых количеств массы», как назвал этот феномен Вернадский, необычайно высок. Масса новых элементов и частиц, появившихся при радиоактивном распаде, на сотые доли процента меньше массы материнского ядра. Этого достаточно, чтобы даже ничтожные количества радиоактивных элементов стали источниками теплоты. Радий в естественном состоянии находится в великом рассеянии, чисто радиевые руды невозможны: выделяемая ими теплота не только расплавила бы соседние породы но и вызвала прямой взрыв, снова рассеивающий компактную массу. И хотя радия на Земле очень мало, Резерфорд считал, что внутренний жар нашей планеты создается именно теплотой радиоактивности.

В. И. Вернадский предугадывал в радиоактивности основу будущей энергетики, предвидел ее грядущее экономическое, техническое, политическое значение. Уже в 1908 году он пророчески утверждал: «Группы лиц, в руках которых сосредоточились бы значительные количества радия, неизбежно должны получить власть и могущество, по величине едва ли сравнимые даже с теми формами общественного значения, которые выпадают на долю владельцев золота, земли и капитала… ибо в явлениях радиоактивности мы имеем дело с огромными эффектами ничтожных масс». Ученый требовал передать всю добычу и владение радием государству, ибо «было бы делом государственного легкомыслия не принимать во внимание научно допустимых возможностей, раз только эти возможности позволяют предполагать столь коренные, глубокие и относительно быстрые изменения общественного и государственного равновесия».

Если вместо слова «радий» подставить «уран» или «плутоний», эта цитата из старой статьи Вернадского и сейчас прозвучит свежо и злободневно.

В своем гениальном прозрении Вернадский шел все дальше. В 1921 году в предисловии к книге «Очерки и речи» он писал:

«Мы подходим к великому перевороту в жизни человечества, с которым не могут сравниться все ранее им пережитые. Недалеко время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет. Это может случиться в ближайшие годы, может случиться через столетие. Но ясно, что это должно быть.

Сумеет ли человек воспользоваться этой силой, направить ее на добро, а не самоуничтожение?

Дорос ли он до умения использовать ту силу, которую неизбежно должна ему дать наука?

Ученые не должны закрывать глаза на возможные последствия их научной работы, научного прогресса. Они должны чувствовать себя ответственными за последствия их открытий. Они должны связать свою работу с лучшей организацией всего человечества».

В те годы, задолго до открытия деления урана, пророчества Вернадского воспринимались скорее как фантазии или чудачества ученого, а не как научные прогнозы. Слишком уж они обгоняли свое время. Лишь мы, свидетели атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, очевидцы «холодной войны», понимаем теперь, сколь прав был великий русский мыслитель.

Только одно в высказываниях Вернадского уже тогда отвечало духу времени — убеждение, что скрытая энергия массы, возвещенная формулой Эйнштейна, рано или поздно должна быть освобождена и поставлена на службу человечеству. Но поначалу освобождение скрытой энергии ученые искали не в процессах, протекающих с тяжелыми элементами, а в синтезе легких элементов. Этот путь был уже ясен, эффект рассчитан. Исследователи знали: если каким-либо способом соединить четыре ядра водорода в одно ядро гелия, выделится энергия, в десятки миллионов раз превышающая ту, что дает горение угля. Реальность этих ожиданий подтверждена ныне термоядерными реакторами, в которых легкие элементы преобразуются в более тяжелые. Известен и природный термоядерный реактор — солнце: его энергия в основном порождена переходом водорода в гелий.

Разнообразные превращения легких элементов уже осуществлялись — Резерфордом в Англии, Ферми в Риме, Жолио в Париже, Курчатовым в Ленинграде… Сообщения о них непрерывно публиковались, начиная со знаменитого опыта Резерфорда, когда он получил из азота кислород и тем положил начало ядерной физике. Стоило только, казалось в те годы, отыскать удачную ядерную реакцию, и синтез элементов позволит превратить скрытую энергию в доступную для технического использования. До открытия Гана и Штрассмана такой путь к овладению ядерной энергией представлялся единственным.

Интересно, что Резерфорд в отличие от Вернадского скептически отнесся к надеждам на скорое освобождение энергии ядра. Для этого, считал он, понадобится по крайней мере столетие. В 1934 году, всего за четыре года до экспериментов Гана, он сердито заявил, что только сумасшедшие могут утверждать, будто приручение ядерной энергии не за горами.

Не могу удержаться, чтобы не процитировать одного из крупнейших исследователей ядерных процессов, трижды Героя Социалистического Труда академика Я. Б. Зельдовича. В письме к автору этого очерка он так оценил позицию Резерфорда:

«Его можно было оправдывать тем, что, мол, деление и цепная реакция — случайность, предвидеть которую не обязан и гений. Чуть иначе сложились бы константы — и не было бы цепной реакции долгоживущих.

Но термосинтез легких — это ведь не случайность! Что ни говори, Резерфорд проявил излишний, неоправданный консерватизм».

Здесь высказана важная мысль, объясняющая, что ожидалось, а что было неожиданным в открытии берлинских радиохимиков. Освобождение ядерной энергии состоялось — и этого давно ждали. Оно совершается на лабораторном столе, каждый физик может воспроизвести его! Наконец-то реально приоткрылась дверь в мир атомной энергии! Но дверь эта оказалась совсем не там, где ее искали: не в синтезе легких элементов, а в делении тяжелых. Никто, кроме разве Вернадского, не смел и помыслить о такой возможности. Это была — прав Я. Б. Зельдович — «случайность, предвидеть которую не обязан и гений».

Итак, начало атомной эры ученые видели в ядерном синтезе. Кстати, минуло почти полвека после сердитого заявления Резерфорда, а ядерный синтез еще не вошел в практику. В какой-то мере это оправдывает скептицизм Резерфорда. Тем не менее атомная эра началась, но там, куда никто и не обращал взгляда. Недаром Ган растерялся от собственного открытия, сперва не поверил в него, чуть не в панике писал Лизе, что оно принесет ему «много горя». Если же охарактеризовать чувства, охватившие физиков всего мира при известии о делении урана, то они сводятся к двум, слившимся воедино, — ошеломлению и восторгу. Сам великий Нильс Бор, услышав о берлинских экспериментах и их объяснении, предложенном Лизой Мейтнер и Отто Фришем, хлопнул себя по лбу и воскликнул: «Какими же все мы были идиотами!» Пристально всматриваясь в легкие элементы, почти все исследователи проглядели возможности, скрытые в тяжелых.

Теперь настал праздник и в сфере тяжелых, а затем и сверхтяжелых элементов. Но он принес еще одну, на этот раз трагическую неожиданность — энергия ядра, которую еще задолго до ее высвобождения ученым мечтали направить на благо человечества, тут же была использована для разрушения городов, истребления людей. Недаром после войны многие решили, что открытие деления урана зловредно по самой своей сути. Это, конечно, не так. Автор этого очерка ряд лет, до самой его смерти, переписывался с Фрицем Штрассманом (великий радиохимик скончался в Майнце 22 апреля 1980 года в возрасте 78 лет). В одном из писем, сообщая малоизвестные подробности своей многолетней работы с Отто Ганом и Лизой Мейтнер, Штрассман с убежденностью утверждал: «Само по себе открытие не бывает добрым или злым, оно такое, каким его делают люди».

Сегодня на стене трехэтажного здания № 63/67 по Тиль-аллее в Берлин-Далеме висит памятная доска — вверху богиня мудрости Минерва со щитом и жезлом, а ниже слова:

«В этом здании, тогдашнем Кайзер-Вильгельмовском Институте химии, Отто Ган и Фриц Штрассман в декабре 1938 года открыли деление урана. Это событие показало новый путь в исследовании материи и Вселенной и отдало в руки человека использование энергии атомного ядра.

Бег экспериментов

Итак, первые чувства физиков — ошеломление и восторг. Ошеломление длилось недолго, восторг все нарастал. Невиданный в истории научный бум, которому дали хлесткие названия «бег экспериментов» и «урановая лихорадка», мигом охватил все мировые центры физики.

В Соединенных Штатах, тогда отнюдь еще не передовой державе в физических исследованиях, именно в эти годы возник повышенный интерес к атомному ядру. За океан из нацистской Германии и фашистской Италии бежали физики, которым вскоре довелось сыграть решающую роль в создании ядерной бомбы: знаменитый Альберт Эйнштейн, только что получивший Нобелевскую премию Энрико Ферми, другой Нобелевский лауреат Джеймс Франк, известные пока лишь в научной среде Лео Сцилард, Евгений Вигнер, Виктор Вайскопф, Эдвард Теллер и многие другие. Для всех этих пытливых умов сообщение из Берлина и Швеции стало искрой, влетевшей в пороховую бочку.

Об удивительном берлинском открытии и еще более удивительном его объяснении американские физики узнали на ежегодном конгрессе в Вашингтоне 26 января 1939 года от самого Нильса Бора. Потрясение было столь велико, что иные тут же выскочили из зала заседаний и бросились к телефонам и на телеграф — распорядиться, чтобы их лаборатории срочно готовились к повторению урановых экспериментов. А калифорнийский физик Луис Альварес, будущий Нобелевский лауреат, услышав «урановую новость» по радио в парикмахерской, сорвался с кресла и, на бегу стирая с лица мыльную пену, помчался воспроизводить копенгагенские опыты Отто Фриша.

Сразу же после доклада Бора взял слово Энрико Ферми. Процесс деления урана, сказал он, видимо, не ограничивается разлетом осколочных элементов среднего веса. Должны выделяться и вторичные нейтроны, ибо в материнском ядре тяжелого урана их больше, чем нужно для устойчивого существования новосотворенных средних ядер. Эти излишние нейтроны ударяют в соседние ядра, те раскалываются и выбрасывают свои избыточные нейтроны. Поток нейтронов бурно нарастает, возникает цепная реакция распада всей массы урана с выделением невероятной энергии.

— Именно такую цепную реакцию я и собираюсь осуществить в Колумбийском университете, — энергично закончил Ферми и прямо с трибуны кинулся на аэродром, чтобы в ту же ночь быть в Нью-Йорке и самому подготовить эксперимент.

На другой день он вернулся в Вашингтон и дослушал именитых докладчиков, но ни минуты не задержался здесь сверх того, что требовала научная вежливость. Отныне Ферми стремительно продвигался к финишу в безмерно обострившейся гонке урановых экспериментов. «Какая прекрасная физика!» — говорил он теперь о делении урана с несвойственным его натуре пылом. И повторил эти слова, когда две чудовищные бомбы — одна из урана, другая из плутония — были готовы к отправке на Окинаву, стартовую площадку для бомбардировки Японских островов! В глазах этого блестящего теоретика и гениального экспериментатора уникальные достижения науки полностью заслонили возможность ужасных последствий их применения. А ведь именно от такой слепоты за двадцать три года до трагедии Хиросимы и Нагасаки настойчиво предостерегал великий русский гуманист и мыслитель В. И. Вернадский.

Энрико Ферми, будущий победитель в беге урановых экспериментов, лидером этого беспримерного состязания стал не сразу. Сначала вперед вырвался француз Фредерик Жолио — муж Ирен Кюри, которая открыла «лантаноподобный элемент» в продуктах облучения урана нейтронами и тем самым дала толчок новым исследованиям Гана и Штрассмана. Жолио оставался лидером больше года — до того дня, когда гитлеровские солдаты прошагали по бульварам Парижа. У него одновременно с Ферми — а возможно, и на несколько дней раньше — мелькнула мысль, так и не пришедшая в голову Фришу, экспериментально определившему энергию осколков: при делении тяжелых ядер должны появляться также вторичные нейтроны, излишние для средних элементов, и они неизбежно вызовут цепную реакцию уранового распада.

В страшной спешке Жолио вместе со своими помощниками Гансом Хальбаном и Львом Коварским ставит опыты и находит, что в каждом акте деления освобождается в среднем от трех до четырех вторичных нейтронов — более чем достаточно для цепной реакции. Известив об этом мир 7 апреля 1939 года в статье, отосланной в «Нейчур», трое ученых без промедления приступают к главному: реальному осуществлению цепной реакции. Но тут — загадочная осечка. Вторичные нейтроны при делении урана действительно выделяются. И, несомненно, бомбардируют соседние ядра. А те соответственно должны распадаться с выбросом новых нейтронов. Ничего похожего! Цепная реакция не разжигается!

Ферми с Лео Сцилардом в Колумбийском университете наблюдают аналогичную картину: ядра урана при бомбардировке нейтронами делятся, осколочные элементы разлетаются с огромной энергией, вторичных нейтронов излучается столько, что ядерный пожар, казалось бы, неизбежен, — но он так и не вспыхивает. На пожар нет и намека!

А что происходит в это время в лабораториях других стран?

В Германии Отто Ган и Фриц Штрассман стремятся определить, какие осколочные элементы появляются при делении урана, и решают эту задачу с блеском: ими точно идентифицировано больше десятка элементов среднего веса. О цепной реакции эти радиохимики пока не задумываются. Другие немецкие ядерщики еще присматриваются, ждут новых сообщений. Уже в первые месяцы урановой лихорадки выясняется, что Германия, раньше всех начавшая исследования деления урана, постепенно отстает от других стран, энергично подхвативших ее инициативу. В войну это отставание увеличилось — немецкая ядерная бомба так и не вышла из стадии расчетов и предположений.

Советский Союз был среди стран, сразу занявших передовые позиции в изучении ядерных процессов. Исследования проводились в Ленинграде и Харькове.

В Ленинграде научные группы, разрабатывающие ядерные проблемы сложились в Радиевом и Физико-техническом институтах.

Радиевый институт был организован еще в 1922 году по предложению В. И. Вернадского. Знаменитый геохимик и глубокий мыслитель, создавший институт, подобный прославленному Институту радия в Париже, но значительно более широкий по тематике, стал его первым и ректором и занимал этот пост шестнадцать лет. Лишь в 1938 году руководство институтом перешло к Виталию Григорьевичу Хлопину, ученику Вернадского.

В Радиевом институте с 1937 года действовал циклотрон — ускоритель заряженных частиц, без которого невозможно проникнуть в тайны ядра. Этот циклотрон, тогда единственный в Европе и самый крупный в мире — по мощности он значительно превосходил все пять американских ускорителей, — был построен по проекту замечательного физика Льва Владимировича Мысовского. Во Франции Фредерик Жолио лишь перед самой войной закончил монтаж циклотрона, сходного с ленинградским, но пустить его тогда не удалось. В Англии тоже только к началу войны Джеймс Чадвик, прославившийся открытием в 1932 году нейтрона, смонтировал первый циклотрон. Германия же вступила в войну, не имея ни одного ускорителя частиц, хотя строилось их шесть.

Направление исследований в Ленинградском радиевом институте определяла научная прозорливость Вернадского. Вместе с Хлопиным он еще в 1932 году, за два года до открытия Фредерика Жолио и Ирен Кюри, возвестил миру, что приближается эра новотворения элементов, в том числе радиоактивных, способных стать источником атомной энергии. В. Г. Хлопин и его ученики с 1935 года немало сил отдавали поискам трансуранов. И когда из Берлина пришло сообщение о делении урана. Хлопин немедля приступил к изучению форм его распада. Независимо от Гана он решал те же проблемы осколочных элементов. Для радиохимии этот путь естествен: правда, он уводит на время от заурановых элементов — пока лишь гипотетических — в область элементов среднего веса, и предвещает будущий прорыв к сверхтяжелым ядрам. Именно так и произошло. В отличие от Гана, замкнувшегося в узкой области деления ядер, Хлопин вскоре погрузился в исследование плутония — важнейшего из трансуранов: без этого элемента сегодня немыслимы ни ядерное оружие, ни мирный атом.

Во главе Ленинградского физико-технического института стоял его создатель — академик Абрам Федорович Иоффе, которого справедливо называют отцом советской физики. Удивительно многообразна деятельности этого замечательного ученого. Помимо всего прочего, он был великим «ловцом человеков» — умел находить таланты, пестовал их, безошибочно указывал область работ, где полнее всего раскрывались дарования каждого. Именно Иоффе в 1932 году переключил внимание двадцатидевятилетнего Игоря Курчатова, уже составившего себе известность изучением диэлектриков, с проблем твердого тела к только зачинавшейся науке о ядре. И хотя многие считали, что молодой физик напрасно уходит от диэлектриков в незнакомый мир атомных ядер, решение это оказалось и дальновидным и весьма благотворным — ровно через десять лет Курчатов возглавил советскую атомную программу и первым в мире поставил энергию ядра на службу мирным целям.

Игорь Васильевич Курчатов родился 12 января 1903 года на Урале. В Физтехе стал постоянным сотрудником с 1925 года. Приступил к исследованию ядра, он, как и почти все ядерщики мира, воспроизводит знаменитые опыты Ферми по искусственному преобразованию ядер при бомбардировке их нейтронами. И вскоре вместе с помощниками — Львом Русиновым, своим братом Борисом Курчатовым и Львом Мысовским — делает важное самостоятельное открытие: доказывает, что некоторые ядра, в частности ядра брома, преобразуются не одним, а несколькими способами. Это явление, названное ядерной изомерией, привлекло к себе внимание за рубежом и стало предметом многих теоретических изысканий.

Деятельность И. В. Курчатова не ограничивалась стенами родного института. Когда возникли затруднения с наладкой советского циклотрона — опыта в обслуживании таких крупных ускорителей нигде в мире не было, — он предложил свою помощь и четыре дня из пяти по десять-двенадцать часов проводил в циклотронной, пока установка не заработала на полную мощность. Здесь же, в Радиевом институте, Курчатов поставил на циклотроне ряд важных для исследования ядерных реакций экспериментов.

С первыми же сообщениями о берлинском открытии Курчатов включился в урановое состязание физиков. В отличие от Хлопина, сосредоточившего внимание на осколочных элементах, он занялся вторичными нейтронами: главной целью его научных поисков сразу же стала цепная реакция деления урана как новый источник энергии. В экспериментах участвовала вся лаборатория Курчатова, а два его молодых ученика Лез Русинов и Георгий Флеров осуществили прямые определения количества вторичных нейтронов. Таким образом, в те памятные весенние месяцы 1939 года наиболее значительные ядерные исследования велись одновременно в трех лабораториях мира: у Фредерика Жолио в Париже, у Энрико Ферми в Нью-Йорке и у Игоря Курчатова в Ленинграде. И уже 10 апреля на нейтронном семинаре в Физтехе Флеров докладывал: в каждом распаде ядра при бомбардировке урана высвобождается от двух до трех вторичных нейтронов — значит, цепная реакция возможна. Как выяснилось впоследствии, эти цифры были точнее полученных парижанами. Но Жолио с Хальбаном и Коварским послали сообщение в журнал чуть раньше — 7 апреля. Счет шел на дни, и приоритет в экспериментальном открытии вторичных нейтронов, предсказанных Ферми 26 января, остался за Жолио и его сотрудниками.

В Харькове ядерные исследования вел Александр Ильич Лейпунский, тоже один из учеников Иоффе. Он экспериментировал с нейтронами в Украинском физико-техническом институте еще до открытия Гана. Проблема ядерного деления захватила и его. Но явной цели осуществить цепную реакцию Лейпунский до войны не ставил. Зато после войны, когда уже шло строительство уран-графитовых реакторов на медленных нейтронах, он углубился в разработку несравненно более эффективных реакторов на быстрых нейтронах, и его заслуги в этой области исключительно велики.

Итак, весной 1939 года во многих странах шел интенсивный поиск условий для осуществления цепной реакции уранового распада. Как будто все предпосылки успеха были налицо: внешние, первичные нейтроны делят ядро урана, при этом возникают внутренние, вторичные нейтроны, которые, в свою очередь, должны делить соседние ядра, — и бурно нарастающая лавина нейтронов приведет к высвобождению энергии. И тем не менее цепная реакция, такая, казалось бы, реальная, не разжигалась. Физики недоумевали…

Решение загадки дал Нильс Бор в те же весенние месяцы бега экспериментов. Оно стало фундаментом и будущей атомной энергетики и всех конструкций ядерного оружия.

Завидна судьба этого великого физика! Еще перед первой мировой войной он создал теорию атома — теоретически обосновал планетарную модель своего учителя Резерфорда: в центре атома — массивное ядро, а вокруг него по сложной системе орбит вращаются легкие электроны, Законы Бора послужили стимулом к разработке новой отрасли науки — квантовой механики. Мировая слава датского физика зиждилась именно на теории «атома Бора». Влияние ее на умы было так велико, что особенности структуры атома ученые стремились перенести и на строение атомного ядра. Молодой русский исследователь Дмитрий Иваненко и немец Вернер Гейзенберг, один из создателей квантовой механики, доказали, что ядро состоит из протонов и нейтронов. В легких атомных ядрах этих частиц поровну, а чем ядро тяжелее, тем нейтронов больше. Именно излишек нейтронов, освобождающихся при делении тяжелых ядер, и лежит в основе ядерной цепной реакции.

Разумеется, это очень заманчиво — применить к протонно-нейтронному ядру планетарную структуру, предложенную Резерфордом для атома и теоретически обоснованную Бором. И было бы вполне естественно, если бы сам Бор попытался распространить открытые им законы на новую область. Но Бор поступил иначе. «Бор выступил против Бора», — с изумлением констатировали физики. Он доказал, что найденные им для атомной структуры законы неприменимы к строению ядра, и предложил рассматривать ядро не как планетарную систему, а как некую каплю, образованную смесью протонов и нейтронов и скрепленную своеобразными ядерными силами поверхностного натяжения — энергетическим барьером, как его называют физики.

Надо сразу отметить, что капельную теорию ядра одновременно с Бором выдвинул крупный советский теоретик Яков Ильич Френкель, На том самом семинаре 10 апреля 1939 года, о котором уже говорилось, он подробно докладывал о ней. Так что у этой теории два автора: Нильс Бор и Яков Френкель.

На основе капельной теории ядра Бор объяснил, почему в массе урана не может возникнуть цепная реакция. Природный уран слагается из двух изотопов: более тяжелого ядра с атомным весом 238 и более легкого с весом 235. В природном уране изотопа-238 около девяноста девяти и трех десятых процента, а урана-235 всего семь десятых процента. И Бор теоретически показал, что уран-235 делится нейтронами любых энергий, а уран-238 только нейтронами чрезвычайно высоких энергий. Зато этот тяжелый уран без деления поглощает все нейтроны, кроме очень медленных, скорости которых соответствуют скоростям теплового движения атомов и молекул.

Загадка цепной реакции получила исчерпывающее объяснение. Любой нейтрон, попадая в уран-235, делит его на два осколочных элемента. При этом вырываются быстрые нейтроны, ставшие для осколочных ядер излишними. Те из них, что сталкиваются с легким ураном, продолжают процесс деления. Но легких урановых ядер почти в полтораста раз меньше, чем тяжелых. Поэтому гораздо вероятнее, что вторичные нейтроны завязнут в тяжелом уране и для деления будут потеряны: тяжелые ядра становятся инертной массой, гасящей всякую попытку разжечь цепную реакцию. Эксперименты в Париже, Нью-Йорке, Ленинграде, направленные на создание «цепи», как любил называть эту реакцию Курчатов, уподоблялись попыткам зажечь кусок угля в ванне с водой — вода беспощадно гасит слабый огонек, затлевший в угле.

Новая теория Бора указывала и выходы из безнадежного на первый взгляд положения.

Прежде всего возникла идея: а нельзя ли из общей массы урана выделить легкий изотоп? Уран-235, делящийся нейтронами любых энергий, был бы идеальным веществом для цепной реакции. И так как — это уже установили — реакция в каждом акте деления протекает за миллиардные доли секунды, легкий изотоп послужит превосходной ядерной взрывчаткой. Вот тогда-то в широкой печати, бурно откликнувшейся на открытия физиков, и заговорили о зловещей урановой бомбе. Но технических средств для разделения изотопов урана еще не существовало. Те микрограммы урана-235, какие удавалось получить на лабораторных разделительных установках, годились лишь для выяснения констант его распада на осколочные элементы.

Предпочтительнее был другой путь — применение замедлителей нейтронов. Если бы удалось замедлить примерно до тепловых скоростей быстрые вторичные нейтроны, вырывавшиеся из ядра при делении урана-235, то такие медленные нейтроны спокойно пролетали бы мимо ядер урана-238, а попадая в редкие ядра урана-235, вызывали бы новое деление. Иначе говоря, хороший замедлитель делал бы возможной ту цепную реакцию, которая никак не удавалась экспериментаторам.

Энрико Ферми в Нью-Йорке и Фредерик Жолио в Париже сразу же взялись за создание уранового «котла» с замедлителем. Ферми выбрал для замедления нейтронов графит: по замедляющим свойствам он значительно уступает тяжелой воде, его нужно больше, но получить легче — и это оказалось решающим. Своего выбора Ферми уже не менял, а лишь все ужесточал требования к качеству графита, пока к середине 1942 года не добился, чтобы его поставляли такой чистоты, какая вначале казалась технически недостижимой. Промышленность США обладала чрезвычайно большими возможностями, но и американским инженерам, снабжавшим весь мир первоклассными «ачесоновскими» графитовыми электродами, пришлось немало помучиться, чтобы выполнить требования физика. Зато Ферми — по соображениям секретности его работу перенесли из Нью-Йорка в Чикаго — 2 декабря 1942 года в уран-графитовом «котле», смонтированном в подтрибунных помещениях университетского стадиона, разжег-таки самоподдерживающуюся цепную реакцию. К финишу в лихорадочной гонке экспериментов Энрико Ферми пришел первым!

Несмотря на выдающийся успех Ферми, не следует думать, что Фредерик Жолио, одновременно с ним строивший экспериментальный урановый «котел», сколько-нибудь отставал от эмигранта из фашистской Италии. Совсем наоборот. По существу, Жолио продолжал лидировать. Отчаявшись получить от французской промышленности графит необходимой сверхвысокой чистоты, он сделал ставку на тяжелую воду. Уже в марте 1940 года ему удалось сконцентрировать у себя в институте около двухсот килограммов — практически весь тогдашний мировой запас — этого уникально эффективного и столь же уникально дорогого замедлителя и к тому же добиться заверений, что норвежская компания «Норсгидро», единственный в мире крупный производитель тяжелой воды, отныне будет поставлять ее только Франции. По расчетам замечательного теоретика Френсиса Перрена, главного помощника Жолио в конструировании «котла» (это Перрен ввел в науку столь обычные сейчас термины «критическая масса», «критический объем»), при бесперебойном поступлении урана и замедлителя французские физики смогли бы осуществить самоподдерживающуюся реакцию в 1941 году, то есть на год раньше Ферми.

Гитлеровская оккупация перечеркнула планы французских ученых. Ядерные изыскания Жолио оборвались. Его помощники Хальбан и Коварский бежали со всеми запасами тяжелой воды в Англию, а сам он остался в оккупированном Париже — формально, чтобы вести безобидные исследования с радиоактивными препаратами для медицины, а в действительности, чтобы стать одним из руководителей французского Сопротивления. Лишь после войны, причем не сразу, Жолио удалось возвратиться к ядерной программе. И только 15 декабря 1948 года он со своими учениками ввел в действие первый французский экспериментальный реактор примерно такой же конструкции, какую до войны просчитывал Френсис Перрен, — несколько тонн урана с пятью тоннами тяжелой воды. Перрену в 1950 году Жолио и передал руководство всеми французскими работами в области атомной энергии, когда его самого отстранили от них как члена Французской коммунистической партии.

Советская ядерная программа

Как же обстояло дело в нашей стране, после того как Нильс Бор указал пути к реальному овладению энергией ядра? В Советском Союзе были разработаны обширные проекты получения ядерной энергии и проведены важнейшие научные исследования, оказавшие воздействие на всю отечественную ядерную программу.

В. И. Вернадский внимательно следил за урановой лихорадкой, разбушевавшейся в научном мире. Сбывались его давние предвидения, наступал возвещенный им почти двадцать лет назад переворот в науке и технике. И верный своему правилу вглядываться в будущее, Вернадский предугадывал не только блага, которые несет людям атомная эра, но и неизбежные опасности.

Ученый обратился к Председателю Совета Народных Комиссаров, Тот, принимая во внимание государственную важность совершавшихся в физике открытий, посоветовал сосредоточить руководство отечественными ядерными исследованиями в Академии наук, а со своей стороны обещал всемерную поддержку. Так появился первый документ, касающийся советской ядерной стратегии, — доклад академиков В. И. Вернадского и В. Г. Хлопина от 10 июля 1940 года в Президиум Академии наук СССР, «Открытие в самое последнее время самопроизвольного деления ядер атома урана… — писали они, — ставит вопрос о практическом использовании внутриатомной энергии в порядок дня. Учитывая, что положительное решение вопроса о техническом использовании внутриатомной энергии должно в корне изменить прикладную энергетику, мы полагаем, что Академия наук должна уже сейчас принять ряд мер, которые обеспечили бы Советскому Союзу возможность не отстать в решении этой важнейшей задачи от зарубежных стран».

Не ограничиваясь этим докладом, Вернадский и Хлопин, а к ним присоединился еще один ученик Вернадского, знаменитый геолог, энтузиаст изучения отечественных рудных богатств, академик Александр Евгеньевич Ферсман, 12 июля 1940 года подают в правительство рапорт о необходимости расширить исследования, направленные к скорейшему овладению ядерной энергией. Три академика настаивают: время не терпит, надо срочно разработать методы разделения изотопов урана, закончить строительство второго циклотрона, монтируемого в Ленинградском физтехе, приступить к проектированию сверхмощного циклотрона в Москве, создать государственный фонд урана, организовать поиск отечественных урановых руд и т. д.

Советское правительство и Академия наук СССР немедленно откликнулись. Была создана Урановая комиссия при Президиуме Академии наук, призванная координировать все исследования, посвященные делению урана. И вскоре председатель Урановой комиссии В. Г. Хлопин представил на утверждение «План работ по проблеме урана на 1940–1941 годы».

Когда сегодня вчитываешься в этот всеобъемлющий документ, невольно охватывает удивление. В урановой программе Хлопина нашло отражение буквально все, что в те дни требовало изучения в области ядерного распада урана. Тридцать две самостоятельные темы предлагались для исследования, свыше десяти институтов Ленинграда, Москвы, Харькова, Киева, Днепропетровска привлекались к их разработке, около сорока крупнейших физиков, химиков, геологов, металлургов — академиков, профессоров, докторов — намечались как конкретные исполнители. Это было не предписание двум-трем ядерным лабораториям, уже занимающимся проблемами урана, а государственный план мобилизации всего научного потенциала страны. Основную роль Хлопин отводил своему Радиевому институту — брал на себя все самое трудное, самое сложное. Выполнение такой обширной программы, строго соотнесенной с реальными возможностями государства — экономическими и научными, — создало бы базу точного знания, позволяющую перейти затем к промышленному освоению ядерной энергии.

В. Г. Хлопин представил свой план в июле 1940 года, а уже в августе появилась новая программа ядерных исследований, предложенная Президиуму Академии наук работниками двух ленинградских институтов — Физико-технического и Химической физики. Эта программа, составленная И. В. Курчатовым, Ю. Б. Харитоном, Л. И. Русиновым и Г. Н. Флеровым, шла еще дальше первой. Если Хлопин рекомендовал предварительно пронести глубокое изучение всех аспектов деления урана, то новая программа сразу нацеливала на практическое осуществление цепной реакции. Она так и названа: «Об использовании энергии деления урана в цепной реакции». Четверо физиков не сомневаются, что ядерную энергию можно использовать уже сегодня, нужно лишь создать для этого технические предпосылки — получить несколько тонн урана и несколько тонн тяжелой воды.

Программа Курчатова показалась тогда слишком смелой, требования ее — тонны урана, тонны тяжелой воды — практически невыполнимыми. Но сейчас мы знаем: она дала бы возможность построить вполне работоспособный ядерный реактор. Напомним, что атомный «котел», введенный в действие Жолио 15 декабря 1948 года, содержал три тонны окиси урана, погруженные в алюминиевый бак с пятью тоннами тяжелой воды, и имел тепловую мощность в двести киловатт против нескольких ватт первого уран-графитового «котла» Ферми.

У обеих советских программ есть общие черты, существенно отличающие их от аналогичных зарубежных разработок. Как правило, в 1940 году планы западных физиков не выходили за рамки возможностей того института, где они трудились. Это были наметки для локальных научных коллективов. Лишь в 1942 году в США правительство взяло ядерщиков под свой контроль и связало разрозненные научные группы заданиями единого государственного плана. Советские же ядерные программы с самого начала предлагались как общегосударственные — от имени государства выступала Академия наук, распределяющая задания по отдельным институтам и контролирующая их выполнение.

И еще одно. В 1940 году западная печать изобиловала сообщениями о якобы разрабатываемой учеными атомной бомбе — газетные материалы пока еще обгоняли реальность. Но вскоре зловещая тень ядерной взрывчатки легла на все работы с ураном. В Соединенных Штатах исследованиям ядерщиков придали огромный размах, и сутью их стало создание ядерного оружия. В планах же Хлопина и Курчатова нет и намека на военную сторону проблемы. Обе программы проникнуты духом мира, нацелены на благо, а не на уничтожение людей.

На чем же базировалась вполне реалистичная, как мы теперь понимаем, программа Курчатова?

Ее появлению предшествовали три теоретические работы, выполненные в Ленинграде в 1939–1940 годах.

В Институте химической физики, руководимом академиком Николаем Николаевичем Семеновым, уже много лет изучали цепные химические реакции — процессы, возникающие от внешних причин, а затем самоподдерживающиеся и разрастающиеся с выделением внутренней энергии. Таковы, например, все взрывные реакции. Ученые института, вероятно, глубже, чем кто-либо в мире, постигли природу подобных реакций — недаром основатель русской школы химико-физиков Н. Н. Семенов был удостоен Нобелевской премии за выдающиеся успехи в этой области.

И когда ядерщики заговорили о том, что деление урана носит цепной характер, ленинградские специалисты по цепным реакциям, естественно, этим не могли не заинтересоваться. Два доктора физико-математических наук, тридцатипятилетний Юлий Борисович Харитон — он был также доктором Кембриджского университета — и двадцатипятилетний Яков Борисович Зельдович, поставили перед собой цель: определить условия, на которых возможна цепная реакция деления урана. Результаты своих изысканий они изложили в трех статьях, одна за другой появившихся в печати. Эти небольшие по размеру статьи и стали основополагающими для понимания цепных ядерных процессов, создали теоретический фундамент для конструирования ядерных реакторов и тем самым подготовили новый этап в разработке средств использования ядерной энергии в нашей стране. Не вдаваясь в подробности, приведем основные выводы, содержащиеся в статьях.

Первое. Цепную реакцию в природном уране возбудить невозможно, даже если взять бесконечный его объем. Она могла бы возникнуть только при двух условиях: если при каждом акте деления выбрасывало бы не меньше пяти вторичных нейтронов, а их, как показали опыты, в среднем выделяется примерно два и три десятых, и если энергия этих вторичных нейтронов превышала бы три миллиона электронвольт, измерений же установили, что она составляет около двух миллионов.

Второе. Цепная реакция в природном уране возможна, если применить эффективный замедлитель, быстро снижающий энергию вторичных нейтронов, чтобы предотвратить их поглощение пассивным ураном-238. Лучший замедлитель — тяжелая вода. На основе известных в те годы констант ядерных реакций было рассчитано, что для цепной реакции потребуется пятнадцать тонн тяжелой воды. Через десять лет, как мы знаем, Фредерику Жолио для запуска тяжеловодного реактора хватило пяти тонн тяжелой воды: уточненные к тому времени константы оказались иными.

Третье. Даже небольшое обогащение природного урана его легким изотопом резко увеличивает реальность цепной реакции. Если повысить концентрацию урана-235 в один и восемьдесят пять сотых раза, то при бесконечном объеме урана возможен ядерный взрыв всей массы. А при повышении концентрации урана-235 в два раза, то есть до одного и четырех десятых процента, уже при сравнительно небольших объемах гарантируется возникновение цепной реакции без замедлителя — на быстрых нейтронах. Чем выше концентрация легкого урана, тем меньше размер критической массы, при которой цепная реакция реальна.

Четвертое. Урановый «котел» с замедлителем поддается регулировке. Работа ядерного реактора на медленных нейтронах в принципе должна протекать вполне безопасно, разумеется, при надлежащем контроле. Повышение же концентрации легкого изотопа без замедлителя делает цепную реакцию неконтролируемой и очень быстро протекающей, то есть ведет к ядерному взрыву.

Курчатов и использовал эти выводы Зельдовича и Харитона в программе ядерных работ, посланной в Академию наук, а также в докладе «Деление тяжелых ядер», прочитанном в ноябре 1940 года на Всесоюзном совещании по физике атомного ядра.

В исследовании Зельдовича и Харитона оставалось неясным, при каком же размере критической массы чистого урана-235 возможен ядерный взрыв, и они привлекли к расчетам работника Радиевого институт Исая Исидоровича Гуревича, незадолго до того защитившего кандидатскую диссертацию, которую высоко оценил Курчатов, — в ней как раз рассматривалось взаимодействие нейтронов с ядрами разных элементов. Трех советских физиков заинтересовала статья Рудольфа Пайерлса «Критические условия процесса размножения нейтронов», появившаяся в октябре 1939 года в протоколах Кембриджского физического общества. Автора статьи они хорошо знали: тридцатидвухлетний эмигрант из фашистской Германии, нашедший пристанище в Англии, часто приезжал в Советский Союз, дружил с Львом Ландау, женился на сотруднице Физтеха. В статье, о которой идет речь, Пайерлс, излагая общие принципы определения критических масс, предлагал пригодные для конкретных расчетов математические уравнения. Непосредственно к тому, что позднее назвали атомной бомбой, он тогда еще свои выкладки не прилагал — это было сделано им несколько месяцев спустя в сотрудничестве с уже известным нам Отто Фришем, переселившимся в начале войны из Дании в Англию. И когда они вдвоем расчет завершили, то были, как признавались потом, потрясены: критическая масса урана-235 по их вычислениям оказалась меньше килограмма, чуть ли не фунт!

Трое советских физиков вели свои расчеты независимо от Пайерлса и Фриша. И получили, что критическая масса чистого урана-235 равна нескольким килограммам, — как мы теперь знаем, величину более точную, чем данные Пайерлса и Фриша. Значит, урановая бомба не только теоретически возможна, но и практически реальна, если удастся наладить сколько-нибудь эффективное разделение изотопов урана.

Судьбы этих выдающихся работ, выполненных практически одновременно советскими учеными и физиками-эмигрантами из Германии, разительно несхожи.

Результаты исследования советских физиков приняли к сведению и положили в сейф: в нашей стране никто и не помышлял тогда о ядерном истребительном оружии. И засекретили: зачем о реальности этого ужасного оружия знать тем, кто вынашивает преступные замыслы, — силы зла еще существуют в мире. Только известия о разработке атомной бомбы в Америке заставили Советский Союз возвратиться к расчетам трех ленинградских ученых, и они сыграли свою роль в организации ядерной защиты наших границ и в изыскании способов безопасного манипулирования с делящимся материалом.

А выводы Пайерлса и Фриша, доложенные английскому правительству, сразу же вызвали у него горячее желание заполучить атомную бомбу. Исследования методов разделения урановых изотопов были значительно ускорены с тем, чтобы побыстрее накопить тот фунт чистого урана-235, который, по расчетам Пайерлса и Фриша, необходим для ее производства. Вскоре, однако, выяснилось, что для критической массы требуется не фунт, а несколько килограммов легкого изотопа. Получить столько в Англии в условиях войны с гитлеровской Германией — задача неосуществимая. Такое под силу лишь Америке. И Черчилль передал расчет атомной бомбы Рузвельту. Ядерные исследования США получили исполинский толчок. Отныне все работы американских физиков были подчинены одной цели — создать ядерную бомбу. Правительство, и до того отпускавшее ядерщикам миллионы долларов, теперь стало сыпать их сотнями миллионов. За три года ассигнования достигли двух миллиардов. Дальнейшее известно всему миру: трагедия Хиросимы и Нагасаки.

В СССР первая ядерная бомба была взорвана на испытательном полигоне 29 августа 1949 года. Для западных политиков это достижение советской науки и промышленности было столь неожиданно, что они срочно придумали легенду, будто произошла утечка американской секретной информации. Правда, ведущие физики Запада знали о высоком уровне советской науки и не раз предостерегали свои правительства от приятных для них, но ложных представлений о мнимой отсталости СССР. Им не поверили. Лишь опубликованные впоследствии данные о советских ядерных работах — мы в этом очерке опираемся на них — развеяли иллюзии.

Никакой нужды в выкрадывании ядерных секретов у нас не было — основные принципы ядерных реакций в контролируемых реакторах и при неконтролируемом взрыве критической массы советские ученые установили еще до войны. Не помешай война провести в жизнь программу Курчатова, наши ядерные реакторы вошли бы в действие одновременно с американскими, если не раньше.

Значение довоенных работ советских физиков понимают теперь и в Америке. Так, американец А. Крамиш пишет: «К началу 1941 года Советский Союз и США примерно одинаковыми темпами разрабатывали важнейшие проблемы в области ядерной физики, за исключением того, что в теоретической разработке некоторых из этих методов русские были несколько впереди».

Наш по необходимости краткий обзор будет неполным, если не упомянуть еще одно крупное научное открытие, сделанное советскими физиками перед войной. Ученики Курчатова — Константин Антонович Петржак, работник Радиевого института, и Георгий Николаевич Флеров, сотрудник Физтеха, — определяя по его заданию предельные скорости вторичных нейтронов, попутно обнаружили самопроизвольное деление ядер урана.

Подробные исследования позволили молодым физикам раскрыть одну из тайн мироздания: ядро урана временами распадается само собой, без воздействия внешних нейтронов. Оно неустойчиво. Спонтанный его распад — так названо это явление — объясняет, почему таблица Менделеева кончается на уране: более тяжелые ядра долго жить не могут — они распадаются гораздо быстрее, чем уран. Если для полураспада урана требуются миллиарды лет, то у некоторых трансуранов он происходит за часы и даже секунды. Спонтанный распад становится, так сказать, границей их жизненных процессов. Отдавая должное спонтанному делению, академик Иоффе назвал работу К. Петржака и Г. Флерова самым значительным открытием в физике за 1940 год, отнюдь не бедный на важные открытия.

Пуск советского атомного реактора

Итак, война с Германией прервала ядерные исследования в Советском Союзе. Блокада Ленинграда и эвакуация Харькова лишили ядерщиков материальной базы. Лаборатории, изучавшие деление урана, закрылись, сотрудники ушли на фронт, либо служили нуждам обороны в тылу. Курчатов весь первый год войны вместе с Анатолием Петровичем Александровым, нынешним президентом Академии наук СССР, помогал надежнее защищать корабли Черноморского и Северного флотов от глубинных магнитных мин врага: методы защиты были разработаны в лаборатории Александрова еще перед войной.

Но сведения из Германии и Соединенных Штатов настораживали. Урановые исследования в этих странах не только не прекратились, но и получили значительное ускорение — все увеличивалось количество физиков и инженеров в ядерных лабораториях, все больше материальных средств выделялось на их работы. В Америке приступили к строительству огромных заводов — не для промышленного ли расщепления ядра? А самое главное: ядерная программа на Западе приобрела отчетливый военный характер — в Германии уточняли расчеты ядерной бомбы, в Америке занялись ее практическим изготовлением.

Информация из-за рубежа убеждала, что необходимо срочно восстановить ядерные лаборатории и придать их работе практический характер. Уже в конце 1942 года правительство начало подготовку к возобновлению исследований ядра, а в феврале 1943 года был организован исследовательский ядерный центр — из соображений секретности его назвали «Лабораторией № 2». Главой лаборатории стал Курчатов.

Назначение И. В. Курчатова руководителем специализированной ядерной лаборатории объяснялось прежде всего его довоенными заслугами в исследовании ядра. Напомним, что именно он предложил в 1940 году программу, прямо направленную на осуществление цепной реакции деления урана. Но задачи Лаборатории № 2 существенно отличались от довоенных. Тогда, до войны, изучалась захватывающе интересная теоретическая проблема, переход к промышленному получению ядерной энергии лишь прогнозировался. Многие крупные физики считали даже, что нынешнему поколению успеха здесь ждать не приходится: ядерная энергетика — дело далекого будущего. Теперь же стало ясно, что не только техническое использование энергии ядра реально, но реально и ядерное оружие. Следовательно, задачи Лаборатории № 2 состоят не в расширении академических экспериментов, а в быстром преодолении создавшегося за полтора года войны отставания Советского Союза от западных стран в разработке методов практического применения атомной энергии для обороны и мирной промышленности.

Руководство столь обширной программой можно было поручить и более известному в то время ученому, чем доктор физико-математических наук Курчатов: среди советских физиков были исследователи, уже завоевавшие мировое признание. Выбор пал на Курчатова — и это во многом определило успехи советской ядерной программы. Талантливый ученый, он отличался и уникальными организаторскими способностями. Научный размах сочетал с государственным пониманием промышленных и интеллектуальных возможностей страны, умением подбирать и воодушевлять сотрудников. Провал ядерных планов Германии в немалой степени объяснялся тем, что там не нашлось руководителя, хотя бы частично обладавшего достоинствами Курчатова.

Возглавив новую советскую ядерную программу, Курчатов, естественно, начал с того, на чем прервались его довоенные изыскания, — приступил к практическому овладению ядерной энергией. Но при этом внес существенные дополнения в разработанный три года назад план. В чем же они заключались?

Вспомним, как ставились основные цели программы перед войной. Первое — сконструировать урановый реактор с замедлителем нейтронов, лучше всего с тяжелой водой. И второе — наладить промышленное разделение изотопов урана, чтобы обогащенный легким изотопом уран применить в реакторах без замедлителей. Теперь уже нельзя было ограничиться обогащением исходного ядерного материала легким изотопом. Требовался уран-235 в чистом виде и в достаточном количестве. Ведь именно этот изотоп, делящийся нейтронами любых энергий, представляет собой ядерную взрывчатку. Расчет критической массы урана, осуществленный тремя ленинградскими теоретиками — Харитоном, Зельдовичем и Гуревичем, — извлекли из сейфа: международная обстановка вынуждала нас позаботиться о собственном ядерном оружии, чтобы не оказаться беззащитными перед угрозой со стороны государств, уже владеющих им. Последующие события подтвердили дальновидность советской ядерной политики.

Новые задачи определялись и тем, что длительный спор физиков и радиохимиков о трансуранах наконец завершился — трансураны нашли. Как выяснилось, тяжелый изотоп урана не просто поглощает нейтроны, выводя их из цепной реакции, но сам при этом преобразуется — превращается в сравнительно короткоживущий (с полураспадом примерно в двое суток) нептуний, занимающий клетку № 93 в таблице Менделеева. А тот, в свою очередь, излучая электрон, переходит в элемент № 94, плутоний, гораздо более устойчивый — его период полураспада свыше двадцати четырех тысяч лет. Оба элемента в естественном состоянии не существуют.

Плутоний, открытый в 1940 году Гленном Сиборгом, сразу обнаружил уникальные свойства: как и уран-235, он делится нейтронами любых энергий и тоже испускает вторичные нейтроны. В качестве материала для ядерной бомбы он даже превосходит легкий изотоп урана. Есть у плутония и еще одно огромное преимущество: по своей химической природе он отличен от урана, и потому его несравненно легче выделить из общей массы, чем легкий изотоп-235. Именно эти свойства определили важное место плутония в разработке американского ядерного оружия. В нашей ядерной программе, которую в 1943 году стал проводить в жизнь Курчатов, естественно, плутонию тоже придавалось первостепенное значение. Теперь советский урановый реактор с замедлителем мог решать две задачи: давать тепловую энергию, возникающую при цепной реакции деления ядер, и производить пригодный для последующего извлечения из массы урана плутоний.

Оставалось выбрать замедлитель нейтронов. До войны Курчатов, подобно немецким и французским физикам, ориентировался на тяжелую воду. Ни немцы во время войны, ни французы после войны не изменили своей привязанности к тяжелой воде. Американцы же, как мы знаем, предпочли графит. Курчатов решил испытать оба замедлителя. Один из секторов Лаборатории № 2 — вскоре он выделился в самостоятельную лабораторию, руководимую академиком А. И. Алихановым, а ныне это Институт теоретической и экспериментальной физики — конструировал тяжеловодный реактор. Сам Курчатов, помимо научного руководства всеми ядерными работами в стране, оставил за собой создание реактора с графитовым замедлителем.

Это было невероятно трудно — направлять и координировать научные и промышленные разработки общегосударственной ядерной программы, давать задания институтам, проектировщикам, производственникам, контролировать их выполнение и одновременно вести еще свое, личное, неохватно важное и чрезвычайно сложное исследование, призванное разжечь цепную реакцию деления урана в уран-графитовой массе. Но хотя Курчатов нес на своих плечах основную тяжесть ответственности за советскую ядерную программу, и на всех ее исследованиях лежит отпечаток его интеллекта, знаний и устремлений, тем не менее среди необычайного многообразия гигантских по сложности и широте дел работа над уран-графитовым реактором выделяется особо: в нее замечательный ученый вложил всю свою душу.

Новоорганизованной Лаборатории № 2 предоставили в Замоскворечье часть помещения эвакуированного из Москвы Сейсмологического института. Здесь в 1943 году и начались эксперименты с ураном и графитом. Еще было неясно, сколько понадобится того и другого, но теоретики предсказывали, что необходимы сотни тонн графита и десятки тонн урана, причем еще невиданной в промышленности чистоты. Наивыгоднейшая геометрия реактора, по их заключению, — бочкообразная масса графита, в которую в строгом порядке вставлены урановые стержни. Таковы были предварительные расчеты. Уточнить их мог только эксперимент.

Методика эксперимента как будто проста — выкладывать слой за слоем гигантскую бочку из графитовых кирпичей, размещая в каждом слое цилиндрики металлического урана, и определять, как идет размножение нейтронов, вырывающихся из ядер при делении, как они замедляются в графите, сколько их поглощает сам графит… Но это требовало слишком много времени: производственники еще только налаживали технологию сверхчистых материалов в том количестве, какое нужно было для опытов, обещали давать их лишь через несколько лет. Сидеть сложа руки в ожидании Курчатов не мог. Он решил выкладывать из графита узкую высокую призму и, пренебрегая пока вылетом нейтронов через ее боковые стенки, определять динамику их поглощения вдоль длинной оси. Это позволило надежно установить, как пойдет потом замедление и поглощение нейтронов во всей массе реактора. Призмы сыграли и другую важную роль — помогли проконтролировать качество поступающего в лабораторию графита.

В 1944 году Лаборатория № 2 получила в свое распоряжение трехэтажное здание и несколько вспомогательных построек в Покровском и Стрешневе, а также обширное пустое поле вокруг. Места, чтобы развернуться, теперь хватало. Неподалеку от основного здания раскинули большую армейскую палатку — «брезентовую лабораторию», как ее шутливо назвали. Здесь смонтировали все ту же графитовую призму, и каждая новая партия графита проходила придирчивую проверку на ядерную чистоту.

Количество реакторного графита постепенно накапливалось — с окончанием войны промышленность освоила его производство. На заводе, специально оборудованном для плавки урановых руд, получили и сверхчистый металлический уран. Можно было приступать к строительству уран-графитового реактора.

В отдалении от главного корпуса и «брезентовой лаборатории» появилось неприметное кирпичное строение высотой чуть больше восьми метров, длиной — сорок, шириной — пятнадцать. По виду небольшой механический цех. Мало что говорило непосвященным и его безобидное название — «Монтажные мастерские». Но стоило пройти через широкие, обычные для производственных помещений ворота — правда, их никогда не держали открытыми, — или через дверь, охраняемую вооруженным караульным, — и взгляду открывался просторный зал с глубоким квадратным котлованом размерами десять на десять и высотой семь метров. По проекту котлован намечался еще глубже, но обильно хлынувшие на восьмом метре подпочвенные воды внесли свой корректив. Этот котлован и был рабочим помещением уран-графитового реактора.

К залу примыкала двухэтажная лаборатория, где сосредоточили командную аппаратуру реактора. Над землей поднимался лишь верхний этаж, основное же помещение находилось ниже нулевой отметки. Попасть из зала в подземную лабораторию можно было лишь через лестничные клетки. Существовал еще один вход, отнесенный подальше от «Монтажных мастерских» и соединенный с ними туннелем.

Расчеты теоретиков показывали, что реактор, заработав на полную мощность, станет источником очень опасного излучения: несмотря на графитовую изоляцию, выброса нейтронов наружу не избежать. Приходилось считаться и с возможностью аварии. От всех этих опасностей надо было заранее защититься. Верхний этаж лаборатории мощной защиты не требовал и потому отделялся от зала только стеной. В нижнем же людей предохраняли от реактора, ушедшего всей массой под землю, пятнадцать метров естественного грунта, дополненного еще стеной и толстым слоем песка. Для сообщения с реактором служил узкий зигзагообразный лабиринт переходов, сложенный из толстых блоков свинца, кирпичей, парафина и борной кислоты — комбинации материалов, часть которых поглощает нейтроны, а другая — возбужденную ими радиацию.

С помощью механической вентиляции в подземную лабораторию подавалось до семи тысяч кубометров наружного воздуха в час. Этого вполне хватало, чтобы изгнать вредные газы, пока реактор работает на небольшой мощности. А при его форсировании люди удалялись из помещений и контроль за цепной реакцией осуществлялся дистанционно — с пульта, расположенного в восьмистах метрах от «мастерских».

К осени 1946 года все было готово к монтажу реактора. И здание для него оборудовано, и графит накапливается: каждую прибывающую с завода партию графитовых брусков испытывают, бруски получше складывают в одном месте, похуже — в другом, но все они настолько чисты, что уже вполне годятся для цепной реакции. И металлурги исправно поставляют теперь сверхчистый уран: пока еще килограммами и центнерами, но ясно, что вскоре заветных цилиндриков будут тонны. К тому же за рубежом шумиха вокруг американской атомной бомбы разрастается. С каждым днем Советской стране все настоятельнее необходим свой атомный «котел». Уже одно сообщение, что кладка его началась, разрядит обстановку — немедленное строительство реактора нужно не только по соображениям обороны, но и как психологический фактор.

От Курчатова настойчиво требовали срочно приступить к монтажу реактора. Ведь можно прибегнуть к испытанной заводской практике: спешно пустить объект, отрапортовать о пуске, а потом дорабатывать, переделывать, ремонтировать — в общем, осваивать. Зачем превращать с таким трудом создаваемые материалы в недвижный запас, ожидающий, пока подойдет нескорый срок его применения!

Курчатов отверг этот путь. Все, что хоть отдаленно напоминало «показуху», ему органически претило. Мириться с «болезнями освоения» как полуиронически-полускорбно называли заранее запланированные недоделки, он не желал. Реактор должен сразу заработать так, чтобы его не трясли никакие болезни. И Курчатов решил использовать уже накопленный уран и графит для своеобразных полузаводских испытаний: строить одну за другой модели будущего реактора и проверять на них теоретические расчеты. Он сумел доказать, что такой путь в конечном итоге окажется самым надежным и эффективным.

Как только строители закончили ложе под реактор, физики перевели из «брезентовой лаборатории» в «Монтажные мастерские» все запасы урана и графита. В котловане сложили «кучу малу» — куполообразную уменьшенную модель реактора с активной зоной диаметром сто сантиметров. Складывали без спешки, аккуратно, на это ушли дни, а экспериментировали недолго: определили в полусфере размножение нейтронов, и она стала не нужна. Модель с той же аккуратностью разобрали и стали складывать другую, только уже диаметром сто пятьдесят сантиметров: за время первой кладки прибавилось и урана и графита. В этой второй модели снова измерили количество нейтронов. Разобрали и ее и тут же стали возводить третью — в сто восемьдесят сантиметров. Курчатов часто бывал на сборке, проверял, все ли идет гладко. Уезжая, предупреждал, чтобы при малейшем затруднении его вызывали — днем, вечером, ночью. Глубоко ночью даже лучше: тогда он дома, а не на совещаниях, не в разъездах.

Так продолжалось несколько месяцев: собирали, измеряли, разбирали, опять собирали… Всего были испытаны четыре предварительные модели, причем на последней, с диаметром активной зоны двести сорок сантиметров, физики смогли уже проверить аппаратуру контроля и защиты. Изучение моделей подтвердило: теоретики не ошиблись, конструкторы правильно решают свои задачи — в пятой полусфере, «надкритической», должна наконец развиться цепная реакция. Примерные параметры этой модели представлялись такими: критический радиус при котором появится «цепь», — три с половиной — четыре метра, соотношение ядер углерода и урана — сто к одному, то есть около пятисот тонн графита на пятьдесят тонн урана (уран тяжелее), габаритные размеры реактора с учетом слоя изоляции — восемь с половиной — девять метров, реактивность немного превышает единицу — величина, легко поддающаяся регулировке. Котлован в «Монтажных мастерских» вполне соответствовал габаритам пятой модели.

К сооружению «надкритической» модели приступили 15 ноября 1946 года. На стройке закипел аврал, властно подгоняемый Курчатовым. Сотрудники с изумлением обнаружили, что широко распространенная формула административного командования: «А ну, давай, давай!» — отнюдь не чужда и их руководителю, еще недавно с такой неторопливой тщательностью изучавшему графики размножения нейтронов в очередной уран-графитовой полусфере. Прежнего, медлительного «подползания к результату» как не бывало. Заданный Курчатовым стремительный темп сохранялся и в его отсутствие. В реакторном зале забыли, что такое ходьба — все торопились, все делалось бегом.

По проекту надо было уложить семьдесят шесть слоев графита: по восьми внизу и вверху для защиты от нейтронов и шестьдесят в активной части реактора. С боков тоже размещался почти метровый слой графитовой изоляции. Худший по измерениям в «брезентовой лаборатории» графит выкладывали на периферии реактора, лучший — в центре. Критичность предполагалось достичь в шестидесятом слое. На пятьдесят восьмом был зафиксирован крутой всплеск нейтронов. Следующие слои выкладывали с особой осторожностью. Но шестидесятый, показав большое нарастание активности, критичности все же не обеспечил: графит из ранних партий, уложенный на периферии реактора, поглощал нейтроны активнее, чем графит из партий более поздних. Стало ясно, что критичность даст шестьдесят второй слой. Его кладку завершили 25 декабря.

В середине дня в «Монтажных мастерских» появился Курчатов. Он обошел здание, убедился, что все готово к пуску реактора, и отправил рабочих и лаборантов, в которых не было нужды при пуске, в финский домик, построенный неподалеку. В подземной лаборатории, кроме Курчатова и его заместителя Игоря Семеновича Панасюка, остались еще восемь человек. Курчатов жестом показал им границу, которую нельзя переступать, и сел за пульт. Панасюк стал у лебедок, дистанционно приводящих в движение кадмиевые стержни — два аварийных и один регулирующий (кадмий жадно поглощает нейтроны). Обведя всех веселым взглядом, Курчатов негромко сказал:

— Начинаем.

По его знаку Панасюк поднял лебедкой аварийные стержни и немного выдвинул регулирующий. Активность росла медленно и остановилась на низком уровне. Курчатов, следя за колеблющимся на шкале гальванометра световым зайчиком, с секундомером в руке считал число импульсов и манипулировал стержнями — то приподнимал их, то опускал. Он действовал так уверенно, словно уже сотни раз проделывал эти никем еще не опробованные операции и потому твердо знал, какой эффект каждая из них вызовет.

Игорь Панасюк впоследствии так описал картину пуска:

«Включены все приборы, сигнализирующие о радиационной опасности, проверена исправность системы управления и защиты и группы контрольно-измерительных приборов.

Два аварийных кадмиевых стержня находятся во взведенном состоянии: достаточно нажать кнопку, и они упадут в вертикальные каналы реактора, чтобы моментально погасить реакцию.

И. В. Курчатов поднимает еще находящийся в реакторе кадмиевый стержень (регулирующий). Ранее редкие (фоновые) звуковые щелчки и вспышки неоновых ламп от гамма-лучевых и нейтронных датчиков, расположенных внутри реактора и на его поверхности, становятся все чаще. Частота щелчков и световых сигналов увеличилась, но вот они уже остаются постоянными — пока что реактор не достиг критичности.

Процедура повторяется еще раз… И. В. Курчатов быстро выводит аварийные стержни из реактора. График показывает почти линейный рост мощности. Впервые звуковые сигналы становятся воющими. Световые индикаторы уже не мигают, а светят ярким желтовато-красноватым светом».

Курчатов несколько раз последовательно провел реактор через стадии докритичности, критичности, надкритичности. Быстрый подсчет на логарифмической линейке показал, что в «котле» развивается мощность сто ватт — результат цепной реакции деления ядер урана. Первая порция ядерной энергии в Советском Союзе получена!

В 18 часов Курчатов сбросил стоп-стержни, обернулся к помощникам и ликующе объявил:

— Отныне атомная энергия подчинена воле советских людей!

После взаимных поздравлений Курчатов приказал опечатать лебедки и здание, усилить караул. Каждый из участников пуска расписался под тут же наспех набросанным обязательством — держать событие в тайне.

Но уже наутро Курчатов радостно сообщал входившим в его кабинет теоретикам и экспериментаторам:

— Имеем! Вчера пустили! Цепь создана!

Теперь на стене бывших «Монтажных мастерских» висит мемориальная доска:

«25 декабря 1946 года в этом здании впервые на континенте Европы и Азии И. В. Курчатов с сотрудниками осуществил цепную реакцию деления урана».

Первая в мире атомная электростанция

Советский атомный реактор быстро наращивал мощность.

Энрико Ферми начал цепную реакцию в чикагском «котле» с половины ватта, довел ее до двухсот ватт и остановился: реактор не имел надежной защиты, излучение делалось опасным. Весной 1943 года реактор перенесли за город, в Аргонскую лабораторию. Здесь, в Паллас-Парке он развивал мощность в два киловатта, а при кратковременном форсировании — до ста киловатт. В это же время в пустынных местностях США приступили к строительству гигантских промышленных реакторов, рассчитанных на мощности свыше миллиона киловатт, с единственным назначением: давать плутоний для ядерной бомбы.

Защита, предусмотренная в первом реакторе Курчатова, допускала более высокие, чем у Ферми, мощности. Нормально он работал при нескольких киловаттах, но, форсируя цепную реакцию, можно было достигать тысячи и даже двух тысяч киловатт. Такое форсирование называлось «большим пуском». Большие пуски проводились периодически и только на короткие сроки.

Какие же задачи решило введение в действие первого советского реактора? Какие новые цели позволял он теперь ставить?

Основной научный результат пуска: в нашей стране осуществлена цепная, самоподдерживающаяся реакция деления урана, у нас появился новый вид энергии — ядерная (атомная, как говорили тогда).

Второй результат: в реакторе образуется новый, искусственно созданный трансурановый элемент № 94 — плутоний. Как уже говорилось, он обладает способностью делиться нейтронами любых энергий и при этом сам выбрасывает вторичные нейтроны в количестве двух целых и девяти десятых на один акт деления против двух целых и трех десятых, испускаемых ураном-235. Плутоний легко выделяется химическими методами общей массы облученного урана, и, стало быть, значение его для производства ядерного оружия первостепенно. Правда, первый советский реактор давал ничтожные количества элемента № 94 — в 1947 году физикам с помощью «больших пусков», небезопасных для персонала и отнюдь не улучшающих воздушный бассейн района, удалось получить лишь несколько миллиграммов таинственного трансурана, но изучение его можно было начинать.

Третий результат: энергия, порождаемая цепной реакцией распада урана, вызывает нагревание реактора. Пока реактор работает на малых мощностях, этим можно пренебречь: что значат несколько киловатт тепловой энергии для массивного сооружения в шестьсот тонн? Но при «больших пусках», когда мощность достигает двух тысяч киловатт, с теплом уже нельзя не считаться. Потому-то, в частности, форсирование первого советского реактора не могло быть продолжительным. Тепло в то время воспринимали как бросовый продукт ядерной реакции — слишком мало его, чтобы серьезно помешать исследованиям, и совершенно недостаточно для утилизации.

После пуска опытного реактора Курчатов переключил свое внимание на промышленное производство плутония.

В США на строительстве плутониевого завода было занято свыше тридцати тысяч человек. Генерал Гровс, начальствующий в американском ядерном проекте, писал о заводе в Ханфорде: «Там работало несколько тысяч женщин в качестве секретарей, стенографисток и референтов». Мощность американского промышленного реактора превышала полтора миллиона киловатт, его начали строить в середине 1943 года, пустили в сентябре 1944 года.

Советский плутониевый реактор спроектировали на основе данных, полученных в работе с реактором опытным. Он был пущен 10 июня 1948 года, то есть на его проектирование и строительство ушло меньше полутора лет. Плутоний, вырабатываемый на этом уран-графитовом реакторе, дал материал для ядерной взрывчатки. Испытание первой советской ядерной бомбы, как уже говорилось, провели 29 августа 1949 года. Американцы узнали об этом через два дня, но потрясенный президент Трумэн только 23 сентября решился объявить публично, что в нашей стране создано ядерное оружие.

Пуск промышленного уран-графитового реактора стал вторым крупным шагом советской науки в овладении ядерной энергией. Предстояло определить шаг третий. Курчатов не колебался в постановке новой задачи: ведь он сформулировал ее еще до войны. Мы уже отмечали, что довоенная его программа была проникнута духом мира. Лишь ориентация за рубежом на военное использование ядерной энергии заставила советских ученых ради нужд обороны отложить осуществление этой программы. Но как только у нас появился промышленный реактор для получения плутония — до испытания первой советской атомной бомбы оставалось еще больше года, — Курчатов и его сотрудники стали планировать мирное применение цепной реакции.

В юбилейной книге «Атомной энергетике 20 лет», вышедшей в 1974 году, написано: «Развертывание работ по практическому использованию атомной энергии для целей энергетики в Советском Союзе относится к 1948 году. Тогда в ряде научно-исследовательских коллективов, впоследствии значительно выросших и превратившихся в Институт атомной энергии имени И. В. Курчатова, Институт теоретической и экспериментальной физики, Физико-энергетический институт, обсуждались и разрабатывались несколько вариантов проектов энергетических реакторов. Разработка этих вариантов носила характер поиска возможных путей развития и областей применения энергетических реакторов».

И далее:

«Следует подчеркнуть, что уровень знаний в указанной области в тот период был весьма ограничен. В то время работали лишь низкотемпературные реакторы на природном уране с охлаждением обычной водой. Поскольку энергетический реактор должен работать при высоких температурах, то было ясно, что реакторы подобного типа могут быть созданы только при существенном изменении конструкции».

В первом реакторе Курчатова тепло, как мы видели, было не только бесполезно, но и вредно, да и выделялось его сравнительно немного. В энергетическом реакторе тепло становится целью. Как же получить в уран-графитовом «котле» пар температурой в сотни градусов, способный двигать турбины электростанций? Выход был найден в закономерностях, теоретически предсказанных еще до войны.

Напомним, что еще в 1939–1940 годах Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон установили: даже незначительное обогащение урана легким изотопом резко улучшает возможности цепной реакции. В то время о повышении концентрации урана-235 нечего было и думать: нигде в мире не работали заводы по разделению изотопов урана, первый такой завод в Ок-Ридже американцы ввели в строй лишь в 1943 году. Понятно поэтому, что одной из важных забот Курчатова и его помощников наряду со строительством промышленного реактора стало создание разделительного завода. В конце сороковых годов, когда советская промышленность начала производить и чистый изотоп-235 и уран, обогащенный легким изотопом в любом требуемом соотношении, появились предпосылки для конструирования энергетического реактора на обогащенном уране.

В уже цитированной юбилейной книге сказано:

«В результате проработок и анализа научных и технических данных… в феврале 1950 года был выпущен подписанный И. В. Курчатовым, Н. А. Доллежалем и С. М. Фейнбергом отчет, содержавший предварительные проектные материалы по энергетическому уран-графитовому реактору с водяным охлаждением. Физические расчеты были выполнены П. Э. Немировским, а инженерные П. И. Алещенковым».

Там же читаем:

«В августе 1950 года под председательством И. В. Курчатова состоялось рассмотрение исходных данных по проекту реактора и вариантов технологических схем энергетической части АЭС. Обсуждались также возможные способы наиболее эффективного использования тепла, вырабатываемого реактором, в целях выбора параметров пара перед турбиной».

Научным руководителем проекта утвердили Д. И. Блохинцева, директора Обнинского физико-энергетического института, его заместителем — А. К. Красина. Площадку для атомной электростанции выбрали близ села Обнинское (ныне город Обнинск). Строительство станции началось под неусыпным наблюдением Курчатова. Пуск ее состоялся 27 июня 1954 года.

АЭС была невелика. В активную зону реактора загрузили пятьсот пятьдесят тонн урана, обогащенного легким изотопом (до пяти процентов, а в природном уране его лишь семь десятых процента). Температура воды на выходе из реактора составляла двести восемьдесят градусов, на входе в турбину — двести семьдесят, давление — двенадцать атмосфер, электрическая мощность станции — пять тысяч киловатт. Интересно, что такая скромная мощность объяснялась не какими-либо физическими соображениями, а тем, что более крупной свободной турбины у энергетиков не нашлось. Довольно редкий случай, когда не турбина изготовляется для станции, а мощность станции подгоняется под турбину.

Обнинская АЭС, успешно действующая и сегодня, была первой в мире промышленной станцией, преобразующей энергию деления урана и электрическую. Довоенная программа Курчатова, предусматривающая использование цепной ядерной реакции только в мирных целях, получила практическое воплощение. Советский Союз стал инициатором мирной службы атома. Зловещий отблеск, отброшенный на все урановые исследования трагедией Хиросимы и Нагасаки, перестал быть единственным их результатом. Трудно переоценить историческое значение пуска АЭС в Обнинске: она показала, что мечты о мирной ядерной энергии осуществимы.

И еще одно. Обнинская АЭС работала на обогащенном уране (в дальнейшем концентрацию легкого изотопа снизили до двух-трех процентов). Какое принципиальное значение это имело, видно хотя бы из книги Г. Сиборга и У. Корлисса «Человек и атом», вышедшей в Нью-Йорке в 1971 году, через семнадцать лет после пуска станции. Гленн Сиборг, один из крупнейших радиохимиков мира, открывший плутоний и еще десяток более тяжелых трансуранов, с 1960 по 1971 год председатель Комиссии по атомной энергии США, пишет: «За исключением Советского Союза, программа использования атомной энергии которого основана на строительстве водо-водяных реакторов с применением в качестве топлива обогащенного урана — то есть урана, в котором средняя концентрация делящегося урана-235 увеличена с семи десятых процента (концентрация, существующая в природе) до двух-трех процентов, — остальные страны еще не обладают достаточными мощностями для промышленного обогащения урана. Такой обогащенный уран может применяться только в атомных электростанций и непригоден для производства оружия». Знаменательное признание! Первый ядерщик Америки, свыше десяти лет возглавлявший ее атомную программу, публично свидетельствует о том, что главной целью этой программы была разработка и накопление ядерного оружия и что приоритет в повороте ядерной промышленности на путь служения мирным нуждам принадлежит Советскому Союзу,

Энергетические реакторы нового типа

Применение в реакторах обогащенного урана — того самого, который, по авторитетному свидетельству Гленна Сиборга, годится только для мирных целей, — открыло возможность дальнейшего совершенствования энергетических ядерных установок.

Прежде всего встал вопрос: нужен ли теперь графитовый замедлитель? Вода, нагревающаяся в реакторе, сама отлично замедляет нейтроны.

Правда, она и поглощает их значительно больше, чем графит, но при обогащении ядерного топлива легким изотопом это уже не имеет решающего значения. В реакторе на природном уране легкого изотопа мало, мало и вторичных нейтронов, поэтому большое их поглощение тяжелым изотопом гасит цепную реакцию. В обогащенном же уране можно создать столь высокую концентрацию вторичных нейтронов, что интенсивное их поглощение инертным материалом на цепной реакции не скажется.

В уран-графитовом энергетическом реакторе, собственно, не один, а два замедлителя нейтронов: огромная тысячетонная масса графита и постоянно циркулирующая вода, нагреваемая реакцией деления. Если избавиться от одного замедлителя — графита — и оставить функции замедления только за водой, то габариты установки при равной тепловой и электрической мощности можно уменьшить в десятки раз.

Так появилась идея водо-водяных энергетических реакторов. Расскажем коротко об истории их создания и о сенсации, которую сообщение об этом вызвало за рубежом.

В книге «Атомной энергетике 20 лет» говорится:

«После пуска первой в мире АЭС были начаты разработки корпуса водо-водяного энергетического реактора (ВВЭР). Они показали, что использование легководного замедлителя позволяет получить компактный дешевый реактор; вода как теплоноситель была к тому времени достаточно освоена.

В 1954–1955 годах Институт атомной энергии под непосредственным руководством И. В. Курчатова выдал задание конструкторским организациям на выполнение эскизного и последующего технического проекта реактора тепловой мощностью семьсот шестьдесят мегаватт для Нововоронежской атомной электростанции.

Институте атомной энергии были сооружены физические стенды, на которых проводились эксперименты с натурными тепловыделяющими элементами и топливными кассетами, выявлялась эффективность органов регулирования и защиты реактора, уточнялась компоновка активной зоны и изучались особенности физических свойств активной зоны большого энергетического реактора…

Первое международное сообщение об отечественных физических исследованиях уран-водных решеток ВВЭР было сделано в 1958 году академиком И. В. Курчатовым в Харуэлле (Англия)».

Доклад Курчатова стал событием в истории развития ядерной энергетики. Вспомним обстановку того времени. Со страниц зарубежной массовой печати еще не исчезли легенды о том, что Советский Союз-де воспользовался англо-американскими ядерными секретами (хотя сами западные физики и опровергали это). Не прекратил потока лживых измышлений даже тот факт, что в нашей стране раньше, чем в США, создали и испытали транспортируемую термоядерную бомбу.

Курчатов прибыл в Англию в составе советской правительственной делегации. На его доклад «Некоторые вопросы развития атомной энергетики в СССР» английские физики ехали с интересом и опаской: хотели узнать, чем заняты советские ядерщики, но опасались, что Курчатов попытается выведать их научные секреты. Все опасения быстро развеялись. Оказалось, что советскому гостю нечего у них выведывать: в разработке энергетических реакторов СССР идет впереди Англии. Советский академик сам делился с аудиторией своими секретами — рассказывал о водо-водяных реакторах, к промышленному внедрению которых в Англии еще и не приступали, о проведенных для их создания экспериментах, советовал, как преодолеть возникающие в работе трудности, намечал пути совершенствования ядерных установок.

Сообщение Курчатова, явно свидетельствующее о первенстве Советского Союза в энергетическом реакторостроении, вызвало у собравшихся в Харуэлле, ядерном центре Англии, едва ли не ошеломление. Его доклад разорвал завесу секретности, тормозящую мирное использование ядерной энергии. С того дня и западные физики стали публиковать свои исследования по ядерной энергетике — надо ведь доказать, что разрыв в урони освоения энергии ядра хоть и существует, но непрерывно сокращается.

Что же представляет собой водо-водяной реактор?

Приведем описание одного из реакторов этого типа — ВВЭР-440 для АЭС мощностью четыреста сорок электрических мегаватт из книги председателя Государственного комитета по использованию атомной энергии в СССР А. М. Петросьянца «От научного поиска к атомной промышленности»:

«Реактор ВВЭР-440 представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд со сферической крышкой.

Сварной, из цельнокованых обечаек, с эллиптическим днищем, корпус реактора выполнен из высокопрочной низколегированной углеродистой стали без внутренней антикоррозийной наплавки.

Реактор установлен в бетонной шахте. Опорой реактора служит кольцевой бак, наполненный водой для защиты бетона от излучения.

…Следует иметь в виду, что существенная часть программы развития атомной энергетики в Советском Союзе базируется на использовании водо-водяных реакторов. Исключительно высокие замедляющие свойства воды приводят к тому, что реакторы с замедлителем — обычной обессоленной водой — обладают большой компактностью, при которой может быть достигнута высокая удельная мощность. Вода как теплоноситель позволяет сделать компактным и контур охлаждения. Все это приводит к снижению стоимости сооружения атомной электростанции».

Таким образом, водо-водяной реактор — в отличие от уран-графитового — заключен в металлический корпус. Внутри корпуса смонтирована активная зона — набор кассет с ядерным горючим (прессованная спеченная двуокись урана в стальных трубках), зона ввода и вывода теплоносителя (воды), приводы систем управления и защиты и все необходимые вспомогательные устройства. Общая высота корпуса реактора для АЭС электрической мощностью в миллион киловатт — свыше двадцати метров, максимальная ширина — пять метров, вес в сборе — восемьсот тридцать три тонны. Использование воды в качестве замедлителя нейтронов позволяет сделать активную зону реактора более компактной.

Вторая особенность водо-водяных реакторов — необычайно высокая удельная мощность на тонну урана при сравнительно небольшой загрузке топлива.

И, наконец, третья существенная особенность водо-водяных реакторов — они допускают стандартизацию производства. Их можно запустить в в серию. Можно изготовлять детали в одном месте, а монтировать в другом.

Мы уже говорили, что с применением обогащенного урана открылись новые пути совершенствования ядерных установок. Один из таких путей — переход к реакторам на быстрых нейтронах. Если шаг от уран-графитовых водо-водяным реакторам означал замену одного замедлителя нейтронов другим — графита обыкновенной водой, — то следующим серьезным шагом был полный отказ от замедлителя.

Так возникла идея создать энергетические реакторы на быстрых нейтронах без замедлителя, используя в качестве ядерного топлива уран, обогащенный легким изотопом (до двадцати и более процентов).

Идею реакторов на быстрых нейтронах выдвинул И. В. Курчатов, а разрабатывалась она под руководством Александра Ильича Лейпунского — одного из учеников А. Ф. Иоффе. Директор Харьковского физико-технического института в тридцатых годах, руководитель Института физики Академии наук Украины, А. И. Лейпунский после войны в новоорганизованном Обнинском физико-энергетическом институте посвятил себя изучено цепной реакции на быстрых нейтронах. Уже в 1949 году, до появления проекта Обнинской АЭС, он указал и на реальность реакторов на быстрых нейтронах и на их преимущества.

Осуществлению быстрых реакторов, как их называют в обиходе, мешало многое, и в числе главных трудностей был выбор теплоносителя, вода для таких реакторов не годилась: ее достоинства сильного замедлителя в данном случае оборачивались недостатком. Лейпунский остановился на жидком натрии, хотя агрессивность этого металла в присутствии любых малых количеств воды породила ряд технических препятствий, которые пришлось преодолевать. За границей долго сомневались в возможности использовать жидкий натрий в качестве теплоносителя — только успешная работа первых советских реакторов без замедлителей показала необоснованность этих сомнений. Неверие зарубежных ученых в натрий — одна из причин того, что в строительстве быстрых реакторов Советский Союз существенно опередил другие страны.

У быстрых реакторов есть замечательное свойство: они не только сжигают ядерное горючее, но и воспроизводят его, образуя плутоний. Благодаря вовлечению в деление тяжелого изотопа, преобразованного в плутоний, они повышают общий коэффициент использования урана по край-ре в двадцать, а то и в тридцать раз. Это в огромной степени увеличивает возможности ядерной энергетики.

Какие же реакторы сегодня служат основой быстро развивающейся атомной энергетики Советского Союза?

Ответ прост: все! Ни один тип реактора нельзя объявить несовременным, непригодным для использования и совершенствования, Уран-графитовые реакторы, впервые примененные на Обнинской АЭС, в нашей стране сейчас не только эксплуатируются, но и строятся. Белоярске на Урале в 1964 году пущен «усовершенствованный вариант реактора Обнинской АЭС с более высокими тепловыми характеристики» (А. М. Петросьянц). Мощность первого блока станции — сто мегаватт, второго — двести. Оба они уран-графитового типа. На Ленинградской атомной электростанции идет строительство уран-графитовых блоков еще более высокой мощности. В книге А. М. Петросьянца «Атомная энергетика» о Ленинградской АЭС сказано: «Значение этой станции очень велико для будущего атомной энергетики СССР. Она является головной из и строящихся АЭС, которые в дальнейшем будут производить существенную часть электроэнергии в Европейской части СССР».

Однако, хотя строительство уран-графитовых реакторов продолжается, совершенствуется их конструкция, увеличивается мощность, в наши дни особое внимание отдается водо-водяным реакторам. В той же книге А. М. Петросьянц пишет о них:

«Мы не случайно так подробно остановились на конструкции атомного реактора ВВЭР-1000. Это сделано, во-первых, потому, что в самом ближайшем будущем этот вид реактора станет одним из основных и энергетических системах не только Советского Союза, но и ряда социалистических стран, которые с помощью СССР развивают у себя атомную энергетику. Во-вторых, потому что ВВЭР-1000 впитал в себя все то лучшее и прогрессивное, что было заложено и проверено длительной практикой строительства и эксплуатации водо-водяных реакторов в Советском Союзе и за рубежом».

Водо-водяные реакторы получают распространение во всех новых областях техники. Советский Союз начал эру атомной энергетики не только вводом в действие Обнинской АЭС, но и спуском на воду первого в мире судна с ядерным двигателем. Анатолий Петрович Александров, научный руководитель строительства атомного ледокола «Ленин», был награжден в 1960 году второй Звездой Героя Социалистического Труда успешное применение водо-водяных реакторов на флоте.

А какова роль быстрых реакторов?

Первый такой пробный реактор был пущен в Советском Союзе в середине пятидесятых годов. Затем заработал в Обнинске реактор на пять мегаватт. Данные его эксплуатации легли в основу опытного реактора БОР-60 тепловой мощностью шестьдесят мегаватт, смонтированного в Димитровграде.

Всему миру известна первая промышленная АЭС на быстрых нейтронах в городе Шевченко на Каспийском море. Мощность ее триста пятьдесят мегаватт, температура пара перед турбиной — четыреста сорок градусов, давление — пятьдесят атмосфер. Монтаж реактора шел под непосредственным наблюдением А. И. Лейпунского, двадцать лет руководившего исследованиями по созданию физических основ, а затем и самих реакторов на быстрых нейтронах. Особенность этой станции, построенной в пустыне, состоит в том, что больше половины вырабатываемой ею энергии — двести мегаватт — используется для опреснения морской воды. Сто двадцать тысяч тонн питьевой воды в сутки дает опреснительная установка!

В 1968 году началось строительство третьего блока Белоярской АЭС В его основе уже не уран-графитовый реактор, как в первых двух блоках, а быстрый реактор с электрической мощностью шестьсот мегаватт, температурой пара перед турбиной пятьсот десять градусов и давлением сто сорок атмосфер. Недавно этот уникальный реактор вошел в действие.

Как видим, по доле производимой ими энергии быстрые реакторы занимают пока сравнительно скромное место в энергетическом хозяйстве страны. Зато перспективы у них внушительные.

«Генеральной линией будущей атомной энергетики СССР… — отмечает А. М. Петросьянц, — является разработка и сооружение атомных электростанций с энергетическими реакторами на быстрых нейтронах.

…Реакторы на быстрых нейтронах в перспективном плане развития атомной энергетики и строительства АЭС, которые в будущем должны заменить электрические станции, работающие на органическом топливе, имеют огромное преимущество. Это преимущество заключается в воспроизводстве нового ядерного горючего…

Большая энергетика будущего немыслима без создания и освоения реакторов на быстрых нейтронах, без вовлечения в топливный цикл всего природного урана, а в далеком будущем и тория».

«Атоммаш» — будущее атомной энергетики

Сложный путь освоения энергии делящегося ядра типичен для научно-технического развития: успехи науки приводят к существенным преобразованиям в технике, а достижения техники, в свою очередь, — к значительному повышению уровня всей промышленности. Схема движения такая: сначала научное открытие, затем инженерная разработка моделей и, наконец, превращение конструктивно завершенных моделей в стандартное промышленное изделие.

С окончанием инженерных разработок создается база, на которой развивается промышленность. Именно так обстоит сейчас дело в атомной энергетике — научные открытия осуществились, инженерные разработки в основном завершены, начинается промышленное реакторостроение. И если уран-графитовые реакторы хотя бы только из-за их громоздкости нельзя, как турбины или генераторы, изготовлять на специализированном заводе, а потом целиком перевозить на место монтажа, то водо-водяные реакторы такую возможность предоставляют. В будущем появятся предпосылки и для серийного производства быстрых реакторов.

Мы уже отмечали, что водо-водяные реакторы рассматриваются у нас как главный тип производителей ядерной энергии. Инженерная разработка обеспечила возможность стандартного изготовления не только отдельных узлов, но и реактора в целом. ВВЭР — модель не единичная, а серийная, она допускает многократное повторение. Производство типовых узлов и деталей, разбросанное по разным заводам, теперь уже не удовлетворяло промышленность. Возникла необходимость в создании специализированного завода атомных реакторов. Так появился «Атоммаш» — предприятие, отражающее новый уровень промышленного освоения ядерной энергии. Он был невозможен, пока создание каждого реактора требовало индивидуального проекта, и стал неизбежен, когда реактор превратился в стандартное заводское изделие.

Специализированное реакторостроение нельзя организовать в старых индустриальных центрах — так сказать, приткнуть принципиально новое производство к уже существующему, воспользовавшись хорошо освоенными территориями, сложившимися рабочими коллективами, удобствами благоустроенных городов и поселков. Впоследствии эти временные преимущества могут стать тормозом дальнейшего развития. И «Атоммаш» шли возводить на чистом месте — начинать с нуля и в производственном, и в бытовом, и в культурном отношении.

Завод надо было разместить на берегу судоходной реки: его продукцию — полностью собранные мощные водо-водяные реакторы — железная дорога принять для перевозки не смогла бы. Кроме того, и получатели грузов, АЭС, как правило, располагаются у рек и морей — водный путь становился естественным.

В проекте «Атоммаша» предлагались крупнейшие водные артерии европейской части страны — Волга, Кама, Дон. Остановились на Доне: он индустриально загружен меньше других рек, имеет выходы в Каспийское и Черное моря, через Черное море соединен с Днепром и Дунаем, через Волгу — с северными реками и морями. Город Волгодонск, возникший при возведении Цимлянской ГЭС и после ввода ее в действие лишившийся перспектив дальнейшего большого развития, стал надежной базой новой стройки, а окрестные станицы — резервом рабочей силы.

Итак, в Донской степи, у канала Волго-Дон, в непосредственном соседстве с Цимлянским водохранилищем, развернулось строительство одного из самых уникальных предприятий не только Советского Союза, но и всего мира.

В чем же уникальность «Атоммаша»?

Территория, отданная заводу, — около шестисот гектаров: непосредственно в промышленной ограде — сто семьдесят два гектара, предзаводские площадки — тридцать шесть гектаров, остальное — будущая зеленая зона отдыха. Уникальны ли эти размеры? Конечно, нет. У нас есть предприятия, раскинувшиеся куда шире. Достаточно вспомнить металлургические и автомобильные гиганты. Правда, коэффициент использования территории на «Атоммаше» высок — семьдесят пять процентов, не мала и доля озеленения — по проекту двадцать семь процентов, но опять-таки в этом нет ничего исключительного. В общем, обычная заводская площадка крупного, пусть очень крупного предприятия.

На «Атоммаше» запроектировано семь главных корпусов, одни уже эксплуатируют, другие строят, некоторые дорабатывают на чертежных досках.

Зайдем в основной, частично уже пущенный корпус — первый. Его масштабы впечатляют: длина — пятьсот метров (после завершения будет семьсот сорок четыре), ширина — триста пятьдесят пять, высота — шестьдесят три. В этом огромном помещении несколько пролетов, в каждом специализированные цехи. Чтобы только обойти корпус, ненадолго задерживаясь у работающих и монтируемых агрегатов, нужен целый день. Такое гигантское сооружение, если хочешь составить о нем общее впечатление, лучше объезжать на автомашине: проезды между технологическими агрегатами здесь шире, чем улицы в иных старых городах.

Поражает и грандиозное, разнообразное по типам технологического оборудование корпуса. В его изготовлении участвовали и отечественные заводы и зарубежные фирмы. Над головой медленно проплывают два могучих пятисоттонных подъемных крана, выпущенных Красноярским заводом. В сравнении с ними мощные финские краны на двести пятьдесят и триста двадцать тонн кажутся недомерками. А красноярцы уже монтируют кран грузоподъемностью шестьсот тонн и готовят для «Атоммаша» свой промышленный шедевр — спаренный кран для подъема грузов весом до тысячи трехсот тонн. Другого такого в Советском Союзе нет — атоммашевские энтузиасты уверяют, что он будет самым крупным и в мире.

Внушительно кузнечно-прессовое хозяйство корпуса. Пресс японской фирмы «Иводзима», развивая усилие в пятнадцать тысяч тонн, превращает огромные стальные плиты в днища и крышки реактора — металлические чаши весом в несколько десятков тонн. А рядом с этим исполином высотой в трехэтажный дом — итальянская нагревательная печь, гигантским зев, поглощающий холодные стальные плиты и выдающий их потом на пресс нагретыми до темно-вишневого цвета.

Станочный парк корпуса включает и наши станки и импортные французские и итальянские. Самый крупный заказ выполняла миланско-туринская фирма «Инноченти». Всего эта фирма поставила шесть «единиц», как уважительно называют ее изделия атоммашевцы. Присмотримся к некоторым «единицам».

На карусельно-портальном станке обтачивают детали диаметром до десяти метров и высотой семь-восемь метров. Итальянцы окрестили ею «русским быком». Инженер фирмы, ответственный за пуск «русского быка», признался, что ни у кого из монтажников опыта в наладке подобных станков не было.

Огромен и горизонтально-расточный станок — двухстоечный, длиной сорок метров, с поворотным столом диаметром шесть с половиной метров и числовым программным управлением. На нем обрабатывают детали размером до семи метров. Этот станок стоимостью шесть миллионов долларов фирма специально спроектировала и изготовила для «Атоммаша» и считает своим выдающимся достижением: в самой Италии такой сложной расточной установки — ее как-то даже неудобно называть станком — пока нет.

Можно продолжить обход корпуса — установленные в нем производственные агрегаты еще не раз вызовут удивление габаритами, мощностью, точностью работы.

Стало быть, уникальность «Атоммаша» в размерах его корпусов, в сложности и мощности оборудования? Нет, и этого нельзя сказать. Конечно, цех длиной свыше семисот метров колоссален, но разве сборочные цехи КамАЗа, автозавода в Тольятти, прокатные цехи Череповецкого и Челябинского комбинатов меньше? Грандиозен японский пресс на пятнадцать тысяч тонн, но вспоминается самый мощный в Европе пресс, изготовленный нашей промышленностью и смонтированный советскими рабочими и инженерами во Франции, — он создает усилие в шестьдесят пять тысяч тонн. И хотя отдельные агрегаты и подъемные устройства в корпусах «Атоммаша» поражают воображение, — это единичные специализированные установки. На каждом крупном заводе страны есть новейшее оборудование, специально для него изготовленное и с гордостью демонстрируемое гостям.

Если говорить о численности рабочих и инженерно-технических работников «Атоммаша», то по проекту при полном завершении строительства на нем будут трудиться шестнадцать тысяч человек. До войны завод с таким персоналом вошел бы в разряд крупнейших, но его не назвали бы уникальным. А сегодня на ряде автомобильных предприятий работают по сто тысяч человек, на металлургических комбинатах счет тоже идет на многие десятки тысяч. Иной завод создает около себя целый город с сотней тысяч жителей. Примеры тому — Магнитогорск, Череповец, Набережные Челны, Тольятти. По этим критериям «Атоммаш» даже не гигантское, а просто «средне-крупное» предприятие.

Логично прийти к выводу, что уникальность «Атоммаша» заключена в необычности его продукции. Но и это не так.

Мы уже знаем, что «Атоммаш» будет производить «миллионники» — водо-водяные реакторы ВВЭР-1000 электрической мощностью в миллион киловатт. Весь корпус реактора и все внутрикорпусные устройства, за исключением топливных кассет — их поставляют заводы, производящие ядерное топливо, — и должен изготовлять «Атоммаш». Кроме того, в его задачу входит производство мощных парогенераторов, обслуживаемых реактором, а также вспомогательных устройств и механизмов, которые связывают эти генераторы с «миллионником» в единую технологическую систему.

Таким образом, продукция «Атоммаша» весьма разнообразна по типам, назначению, габаритам и точности изготовления. Однако сама по себе она отнюдь не уникальна. Водо-водяные реакторы разных мощностей, в том числе и «миллионники», выпускались и раньше, монтировались на атомных электростанциях, с успехом эксплуатируются, с каждым годом все убедительнее демонстрируя свои достоинства. Они не созданы впервые на «Атоммаше» — завод принял для производства уже испытанные модели.

Уникальность «Атоммаша», делающая его практически единственным в мире предприятием такого рода, состоит в серийности производства атомных реакторов. Только с появлением «Атоммаша» эти реакторы из индивидуальных объектов, создаваемых каждый особо, по своим чертежам, превратились в стандартные промышленные изделия, выпускаемые на потоке. «Атоммаш» знаменует собой становление совершенно новой промышленности — промышленности стандартного энергетического реакторостроения. Атомная энергетика поднимается теперь на значительно более высокий уровень.

Производственные возможности «Атоммаша» после полного завершения строительства — восемь реакторов ВВЭР-1000 ежегодно. Много это или мало — восемь «миллионников» в год?

Электростанция в миллион киловатт до войны считалась гигантской.

Таких во всем мире насчитывались единицы. На ней надо было иметь десяти тепловых котлов, пять-шесть турбин и генераторов, ее котельная вытягивалась на двести — триста метров в длину, поднималась на полсотни метров в высоту. «Атоммаш» же будет выпускать компактный, в одном корпусе, реактор, по мощности равный десяткам тепловых котлов. Однако дело не в изменении габаритов. Главное — принципиально иная интенсивность съема энергии.

Перед войной Советский Союз как индустриальная держава вышла на второе место в мире. Суммарная мощность наших электростанций равнялась тогда двенадцати миллионам киловатт. Вспомним, что мощность знаменитого Днепрогэса в те годы была пятьсот тысяч киловатт, и величина эта считалась колоссальной. Сейчас один реактор ВВЭР-1000 держит в себе два довоенных Днепрогэса. Самая могучая в мире ГЭС и сегодня — Красноярская, ее генераторы развивают мощность в шесть миллионов киловатт. «Атоммашу» понадобится лишь девять месяцев, чтобы изготовить шесть «миллионников», заменяющих эту ГЭС. Ежегодный прирост электрических мощностей по плану десятой пятилетки — двенадцать-четырнадцать миллионов киловатт. «Атоммаш» один способен обеспечить более половины такого прироста.

На продукции «Атоммаша» будет базироваться опережающее развитие ядерной энергетики не только в Советском Союзе, но и в других странах социалистического содружества.

Все это и определяет уникальность «Атоммаша». Равного ему по масштабам среди предприятий промышленного реакторостроения в мире нет.

Наша страна первой стала на путь мирного использования ядерной энергии. Эстафету, начатую Обнинской АЭС и ледоколом «Ленин», продолжает «Атоммаш». Он весь устремлен в будущее: сегодня его продукция — водо-водяные реакторы, завтра к ним добавятся и реакторы на быстрых нейтронах. Когда конструкции быстрых реакторов передадут в серийное производство, эти реакторы найдут на «Атоммаше» технику, готовую к их промышленному тиражированию.

Каждая новая стройка — продвижение вперед. «Атоммаш» не только количественно умножает уже достигнутое, подобно другим строящими предприятиям, но и меняет производство качественно. Призванный значительно ускорить развитие ядерной энергетики, он одновременно преобразует саму структуру нашего энергохозяйства, приближает торжество атомного века в промышленности. Этот завод — предвестник будущей индустриальной базы коммунизма.