Энергия будущего

Рассматривая принцип управления реактором, мы выяснили, что для изменения его мощности необходимо просто временно изменить число нейтронов одного поколения по отношению к предыдущему. То есть сделать его большим или меньшим в зависимости от того, что желательно иметь - увеличение или уменьшение мощности. Осуществляют это, добавляя или извлекая из реактора часть урана. Просто? Да, но на самом деле такой способ не применяется или, чтобы быть точными, применяется крайне редко.

Всем известно, что при пожаре цепную реакцию горения прекращают, заливая горящие предметы водой.

А чем погасить ядерную цепную реакцию? Конечно, с помощью самих ее возбудителей - нейтронов, которые можно вывести из реакции с помощью вещества, сильно поглощающего эти частицы. Таким достаточно распространенным в природе и дешевым элементом является бор. Если ввести его в точно критический реактор, он станет поглощать нейтроны, участвующие в цепной реакции. Их в конце концов будет не хватать для того, чтобы реакция была самоподдерживающейся, и мощность реактора начнет уменьшаться. А как ее увеличивать? Оказывается, это можно сделать также с помощью бора. Реактор с самого начала делают не только критическим, а надкритическим, для чего в "его вводят больше урана, нежели нужно для поддержания цепной реакции. Мощность в таком реакторе должна расти. Чтобы этого не происходило, в него вводят поглотитель - бор, и в таком количестве, чтобы реактор стал критическим. Теперь его мощность можно менять по своему желанию. Выведем бор из реактора - она станет увеличиваться. Введем в него дополнительное количество бора - мощность будет падать. А это уже вполне приемлемый способ управления. Нужно только, чтобы введение и выведение бора из реактора было простой процедурой. Для этого в рабочем объеме реактора предусматривают пустоты, которые предназначены для размещения в них поглотителя. Пустоты можно сделать, например, в виде отверстий-тоннелей, проходящих через весь реактор. Тогда поглотитель удобно вводить в виде стержней-трубок, заполненных бором. Погружая поглощающий стержень в тоннели или выводя из них, можно изменять мощность реактора.

Сейчас управление реактором, его первый пуск и вывод "на мощность" довольно простая процедура.

Но три с половиной десятилетия назад, когда создавался первый в истории человечества реактор, положение было совсем другим.

На стадионе и в монтажных мастерских

Очень многое выявлено за время, прошедшее со дня пуска первого реактора. Можно себе представить, с какой надеждой, сомнениями и тщательностью собирали его физики. То, что сейчас стало теорией, тогда еще было гипотезой, предположением. Приближенные оценки критической массы, делавшиеся в ту пору, сменились в наши дни куда более точн-ымирасчетами,, сделанными на электронных вычислительных машинах. Пойдет ли реактор (на жаргоне физиков это означает - достижимо ли критическое состояние) или самоподдерживающаяся цепная реакция не осуществится? А если пойдет, то не вырвется ли он из-под контроля?

Вот какие вопросы стояли перед физиками, собиравшими этот первый в истории человечества прибор. Руководил работами итальянский физик Э. Ферми. Первый в Европе реактор был создан в 1946 году в Москве коллективом, который возглавлял И. Курчатов.

Нужно сказать, что, хотя эти ядерные реакторы были созданы в разное время, для каждого коллектива ученых они были действительно первыми. Ученые работали независимо друг от друга и ничего не зььали о работах зарубежных коллег. Лишь в послевоенные годы были опубликованы сведения жо этим реакторам.

И вот что интересно: тогда-то и выяснилось, что американские и советские ученые шли одним и, тем же путем и решали очень сходные проблемы. На реакторах и в Чикаго и в Москве в качестве замедлителя был использован графит. В обоих случаях был создан реактор так называемого гетерогенного типа.

Можно было подумать, что такое совпадение чисто случайное, которого в иных условиях могло бы и не быть.

Но, пожалуй, истина в том, чтго" ученые в нашей стране и в США отыскали именно тот единственный оптимальный путь, который в та время был кратчайшим, ведущий к победе.

Может быть, некоторые читатели заметили одно противоречие: в первых реакторах использовался природный уран, а в начале этой главы было сказано, что создать реактор в виде однородной смеси графита (углерода) с природным ураном невозможно. Действительно, это так. В процессе замедления очень много нейтронов бесполезно поглощается в уране-238, и их начинает недоставать для цепной реакции. Реактор создать невозможно. И физики нашли оригинальное и в то же время удивительно простое решение. Казалось, они предложили бесполезную вещь - не распределять уран равномерно в графите, а собрать его в блоки-стержни и расставить их на некотором расстоянии друг от друга. Блоки же графита разместить между ними.

Что это изменило?А вот что. Быстрые нейтроны, вылетевшие при делении, замедляются теперь в блоках графита и не встречаются или встречаются очень редко с ядрами природного урана. И только после того, как они пройдут опасную область энергии, в которой уран2,38 весьма жадно их поглощает, они становятся тепловыми, медленными и захватываются ядрами урана-235.

Придумав этот оригинальный способ замедления нейтронов, физики все же через некоторое время поняли, что цепную ядерную реакцию с графитом, который выпускала тогда промышленность, осуществить невозможно, ибо в нем были многочисленные примеси химических элементов и среди них наиболее опасный для реакторов - бор.

Пришлось обращаться на заводы к специалистам с просьбой вырабатывать предельно чистый графит.

"Было очень трудно, - пишет С. Аллисон, руководивший в Чикагском университете химическим отделом проекта, - объяснить крупным поставщикам графита, почему вдруг нужно изготавливать тысячи тонн по нормам, применявшимся до тех пор исключительно для дуговых устройств спектроскопических анализаторов". Подобная ситуация возникла и у И. Курчатова. На завод, который должен был дать графит, были переданы жесткие требования к новому продукту. Директор предприятия жаловался: "Ваши требования многие встречают в штыки. А мы им возразить не можем: сами не понимаем, для чего вам нужна такая дьявольская чистота графита?" Были и курьезы. Заводской инженер, предположивший, что графит нужен для синтезирования алмазов, хвалился, что понимает важность таких жестких требований, но хотел бы знать, каким методом физики делают алмазы и как они создают высокие давления и каков выход продукции.

Так или иначе многие трудности, связанные с подбором материалов и приборов, были благополучно преодолены. И вот под трибунами университетского стадиона "Стейдт Филд" в Чикаго началось сооружение реактора. Он был построен на площадке для скуаша, своеобразного американского тенниса. На балконе вблизи установили измерительную аппаратуру. Там же находился пульт управления стержеями, которые можно было в любой момент опустить в реактор. Регулирующим стержнем управлял Д. Вейль. Момент пуска первого реактора жена Э. Ферми описывает так:

"Ферми продолжал свои объяснения, и руки его указывали "а те предметы, которые он называл: "Перо, которое вы видите здесь, чертит кривую, показывающую интенсивность реакции. Когда в котле (так называли раньше реактор) начнется цепная реакция, перо станет чертить кривую, которая будет подниматься все выше и выше и уже не будет снижаться... Итак, мы приступаем к нашему опыту.

Вейль сначала остановит стержень на пометке тринадцать футов. Другими словами, тринадцать футов длины стержня все еще будут находиться внутри котла.

Счетчики наши заработают быстрее, а перо проведет кривую вверх вот до этой точки, а затем пойдет по горизонтальной прямой. Начинайте, Джордж!"

Все глаза приковались к самопишущему прибору.

Все следили за ним затаив дыхание... Счетчики защелкали чаще, перо двинулось вверх и остановилось на той самой точке, которую показал Ферми... И так повторялось несколько раз...

Трудно сказать, как велика была опасность, которую нельзя было предвидеть, и что, собственно, могло произойти. И все-таки люди на этом корте столкнулись с чем-то неведомым! Они не решились бы с уверенностью сказать, что могут ответить на все вопросы, которые приходят им в голову. Осторожность здесь поощрялась. Осторожность лежала в основе всего. Пренебрегать ею было просто безрассудно...