лаборатории принять несколько принципиально важных решений, ориентируясь в некоторых случаях на отчет Смита.
Чем охлаждать: газом или водой?
Американские физики сначала отдавали предпочтение газу. Именно с такой рекомендацией проектирование промышленных котлов было передано фирме «Дюпон».
Из отчета Смита:
«Когда на сцену выступила фирма Дюпон, она сначала приняла предложение о сооружении установки с гелиевым охлаждением; после дальнейшего изучения вопроса фирма решила отдать преимущество водяному охлаждению… Количество воды, необходимой для охлаждения, зависит от максимальной температуры, до которой вода может быть безопасно нагрета, и от максимальной температуры воды, забираемой из реки Колумбия. Воды требовалось столько, сколько нужно для водоснабжения довольно большого города…»
Доллежаль тоже склонялся к выбору воды, поскольку такое решение упрощало конструкцию котла.
Принципиально для охлаждения любого источника тепла могут быть выбраны два метода: прямоточный и циркуляционный.
В первом случае холодная вода из какого-либо источника (реки или озера) прокачивается под давлением через котел, нагревается и потом сбрасывается в тот же водоем.
Во втором случае вода должна циркулировать, охлаждая реактор, по замкнутому контуру. Внутри котла она будет разогреваться, а вне котла, в теплообменных аппаратах, — охлаждаться. И затем мощными насосами подаваться снова на вход реактора. В этом случае конструкция всей системы охлаждения значительно усложнится, что потребует и больших материальных затрат, и, что не менее важно, увеличения времени на изготовление дополнительного оборудования.
Американцы тоже спешили и для хэнфордских котлов использовали прямоточное водяное охлаждение. Доллежаль понимал, что слив охлаждающей воды, прошедшей через реактор, обратно в уральское озеро Кызыл-Таш, планируемое в качестве источника, неминуемо приведет в конечном итоге к радиоактивному загрязнению и омертвлению озера.
Николаю Антоновичу было болезненно жалко лишать жизни прозрачное голубое озеро. Жалко обитающих в нем и плещущихся на солнце рыб, порхающих над его гладкой поверхностью птиц.
Ну а что делать? Как быть, если сжатые планируемые сроки строительства подавляют нравственные сомнения и колебания?
Хорошо еще, что ответственность за подобное безрассудство можно разделить с членами Научно- технического совета.
Присутствовавшие на заседании совета тоже понимали трагическую судьбу озера. Некоторые знали ещё больше. Из озера вытекает неприметная на карте тихая речка со старинным домашним названием Теча. А на берегах её сотни лет назад прижились кургузые бедные деревушки. Вскоре после пуска котла вода в реке, поливные огороды, домашний скот и сами старожилы будут неминуемо заражены радиоактивными осколками деления. Кто-то заболеет лучевой болезнью; кто-то, вероятно, погибнет. Все члены Совета и приглашенные конструкторы во главе с Доллежалем молчали об этом. Все в душе оправдывали свое молчание тем, что принимаемое решение — абсолютно вынужденное. У разоренной страны не было тогда ни времени, ни средств на более сложные технологические схемы.
Не менее трудным для Доллежаля был вопрос о конфигурации уран-графитовой решетки. Для лабораторного котла Ф-1 Курчатов предполагал использовать кубическую решетку с точечным расположением небольших урановых блочков урана в массе графитовых кирпичей. Для промышленного реактора такая конструкция сборки была неприемлема, поскольку не позволяла осуществить охлаждение водяным потоком разбросанных в пространстве урановых блочков.
В этом случае было бы невозможно также решить проблему периодической выгрузки отработанных блочков урана и загрузки в котел свежей порции. Пришлось бы разбирать графитовую кладку, что недопустимо по ядерной безопасности.
Из отчета Смита:
«Оба эти затруднения можно устранить, применив вместо точечной решетки стержневую, и концентрировать, следовательно, уран вдоль линий, проходящих через замедлитель, а не распределять его в отдельных точках. Совершенно ясно, что стержневое расположение удовлетворительно с механической и инженерной точек зрения».
Вынужденный стержневой характер промышленной урановой сборки был очевиден. Этот факт обуславливал «канальную» конструкцию реактора. Графитовую кирпичную кладку должны насквозь пронизывать сотни цилиндрических каналов с находящимися в них урановыми стержнями. При такой конструкции появляется возможность охлаждать саморазогревающиеся урановые стержни сквозным потоком воды, пропускаемой через каждый канал.
Из отчета Смита:
«Выбор нужно было сделать между длинными урановыми стержнями, имеющими преимущество с точки зрения физики ядра, и относительно короткими цилиндрическими столбиками, удобными в обращении».
Действительно, десятки небольших цилиндрических блочков, приставленные один к другому, образуют, по сути дела, тот же длинный урановый стержень. Но зато операции загрузки и выгрузки уранового топлива при этом упрощаются. Американцы использовали в хэнфордских котлах длинные сплошные стержни из урана.
Доллежаль остановился всё-таки на блочках. Тем более что к этому времени на секретном металлургическом заводе в г. Электростали был отработан и достаточно хорошо освоен процесс изготовления урановых блочков для реактора Ф-1.
Еще одна проблема заключалась в необходимости надежной защиты урана от коррозии.
Дело в том, что непосредственное соприкосновение урана с водой категорически недопустимо. Уран активно химически реагирует с водой. Их контакт привел бы не только к заражению воды радиоактивными осколками деления, но и к разрушению блоков урана и «выносу» топливного материала из активной зоны потоком охлаждающей воды.
Из отчета Смита:
«Необходимо было найти метод защиты урана от непосредственного соприкосновения с водой. Были изучены две возможности: одна — покрытие (электролизом или погружением), другая — заключением урановых блоков в герметичный защитный кожух…
Как ни странно, эта «проблема оболочки» оказалась одной из самых трудных проблем, возникших при конструировании котла».
Для реактора Ф-1 годились «неочехленные» урановые блочки, без всякой оболочки, поскольку там никакого охлаждения не предусматривалось.
Для промышленного реактора «А» покрытие блочков спецоболочкой было необходимо. К решению проблемы были подключены несколько институтов по цветным металлам и сплавам. В качестве материала был подобран алюминиевый сплав. Технология же нанесения тонкого защитного слоя на урановый блочок является и сейчас одним из самых больших секретов как американского, так и советского атомных проектов. Этот секрет американцам удалось уберечь от советской разведслужбы. Даже Клаус Фукс не смог помочь.
Не только уран, но и графитовые кирпичи надо было предохранить от непосредственного контакта с водой. Замоченный графит теряет свои превосходные качества замедлителя, увеличивая паразитный захват
