Владимир Орлов - Трактат о вдохновенье, рождающем великие изобретения
Каждый раз, посещая Дубну, благородный город науки, столь прекрасный, что порой он кажется овеществленной мечтой социальных утопистов, город, тонущий сегодня в прозрачном облаке молодой зеленой листвы, оглашаемый вдохновенным щелканьем соловьев, каждый раз вы встречаетесь с каким-нибудь новым, небывалым и порой удивительно смелым техническим решением, позволяющим ученым продвинуться в глубь микромира.
Речь идет о так называемом импульсном быстром реакторе (ИБР), разработанном в Институте Государственного комитета по использованию атомной энергии и осуществленном в лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований.
Совершенно закономерно, что в научном учреждении, занимающемся ядерной физикой, существует самостоятельная нейтронная лаборатория. Ведь нейтрон, мельчайшая частица атомного ядра, обладающая массой и лишенная электрического заряда, является ключиком ко многим тайнам микромира. Именно нейтрону приходится играть роль своеобразного «космонавта» в микрокосмосе — беспрепятственно вторгаться в атомные ядра, совершенно перекраивая свойства атомов и ядер и даже вызывая их деление.
Между нейтроном и ядром существуют довольно странные, на поверхностный взгляд, взаимоотношения, напоминающие чем-то отношения ветра и струны, колонны пехотинцев, шагающих в ногу, и вибрирующих ферм моста. Лишь при определенной скорости дуновения зазвучит струна, и мост может обрушиться, если ритм шагов повторит такт его резонанса. Лишь при определенной скорости полета нейтрон будет захвачен ядром и произведет его разрушение. Во взаимоотношениях нейтрона и ядра существуют явления резонанса. Это обстоятельство жизненно важно не только для ядерной теории, но и для ядерной техники. С резонансными явлениями приходится считаться при строительстве реакторов атомных электростанций с их обычными урановыми стержнями, погруженными в замедлитель.
С Д. И. Блохинцевым, директором Объединенного института ядерных исследований и руководителем строительства первой в мире атомной электростанции, мы беседовали на темы науки и искусства. Д. И. Блохинцев набрасывал схему работы над реактором на обратной стороне собственной акварели. Мы пришли к совместному заключению, что конструктор реакторов должен быть не только ядерщиком, технологом, теплотехником, электриком, механиком, но и чем-то вроде музыкального мастера, создающего Эолову арфу — благозвучный строй струн, поющих на ветру. Опираясь на обширные экспериментальные данные, на громоздкие системы уравнений, побеждаемые с помощью электронных машин, конструктор так располагает решетку урановых стержней среди блоков замедлителя, чтобы наилучшим образом использовать полезные резонансы ядер в потоке нейтронов, погасив вредные, чтобы реактор работал гармонично, как Эолова арфа в воздушном вихре.
Когда мы приближались к корпусам лаборатории нейтронной физики, исключительная важность нейтронных исследований была для нас совершенно очевидной.
Популяризаторы сравнивают элементарные частицы со снарядами и пулями. Это, конечно, грубое сравнение. Но, пожалуй, больше других похож на пулю нейтрон, не обладающий электрическим зарядом. Не случайно, что и архитектура нейтронной лаборатории чем-то напоминала архитектуру стрелкового тира. От центрального каземата, огражденного почти крепостными стенами биологической защиты, где таился пока не известный нам нейтронный источник, расходились внушительные жерла коллиматоров, через которые велась стрельба нейтронами. Они были нацелены в коридоры, где помещались мишени. Протяженность одного из коридоров оказалась бы рекордной для любого закрытого стрелкового тира. Он тянулся на целый километр. Вдоль него проходила стальная труба толщиной в два обхвата и в туманной перспективе казалась сходящей в паутинку. Сквозь трубу и пролегали траектории нейтронов. Чтобы ничто не мешало их полету, из трубы выкачивался воздух: мы заметили группу могучих и прилежных насосов, присосавшихся к трубе.
При знакомстве с существом дела аналогия со стрелковым тиром или полигоном для баллистических испытаний лишь усилилась, а не ослабла. Вдоль трубы были расставлены датчики, реагирующие на нейтроны, соединенные в схемы, которыми измеряют обычно скорость снарядов и пуль. Но задача экспериментаторов-физиков была много сложнее задачи артиллеристов. Надо было измерить одновременно скорости многих тысяч снарядов, многих тысяч нейтронов. Вдоль трубы были установлены «тысячеканальные» датчики. Многожильные, похожие на девичьи косы, кабели сообщали их с пересчетными устройствами, сконцентрированными в особом зале.
Любопытно — и в этом знамение времени, — что содружество сложных приборов, счетчики, напоминающие элементы электронных математических машин, быстропечатающие механизмы, оттискивающие цифры на бумажной ленте со скоростью авиационного пулемета, телемеханическая аппаратура, позволяющая управлять огромным хозяйством на расстоянии с единого пульта, — все, что поразило бы наше воображение лет пять назад, сегодня почти не удивляло. В век космических ракет и спутников автоматизация кажется естественным помощником ученых. Не смутило нас и то обстоятельство, что столь щедрый водопад экспериментальных данных не способен был, казалось бы, уложиться в одной человеческой голове. Мы приняли как должное, что прямо со счетчиков прокладывался кабель напрямую к электронно-счетной машине, на которую возлагалось предварительное обобщение опытных данных.
Глядя на самые разнообразные индикаторы, которыми были обложены мишени, состоящие из испытуемых материалов, можно было не сомневаться, что поведение материала в потоке нейтронов самых разных скоростей будет изучено с полной обстоятельностью.
Избалованным столькими чудесами глазом мы прильнули к желтым стеклам перископа, устремленного в блиндаж, где таилась святая святых установки, источник нейтронов — импульсный быстрый реактор (ИБР). Машина выглядела оригинально. Установленный на высоком постаменте электромотор вращал нечто похожее на самую невинную воздуходувку. Сходство создавали трубопроводы воздушного охлаждения…
Беглым взором мы скользнули по схеме устройства ИБР…
У нас пресеклось дыхание!
Мы узнали в ней принципиальную схему атомной бомбы.
Да, не удивляйтесь, примитивную схему атомной бомбы, известную каждому по книжкам издательства ДОСААФ.
К грозной щели, образованной двумя кусками плутония (разумеется, не составляющими критической массы!), устремлялся кусок урана-235! Он был укреплен на периферии вращающегося диска и готов был влететь в щель.
Масса сразу станет выше критической! Что тогда?!
— Успокойтесь, взрыва не будет, — произнес уверенный голос. — Диск вращается со скоростью пяти тысяч оборотов в минуту, и кусок урана покинет щель, цепная реакция погаснет. Но до этого грянет вспышка быстрых нейтронов интенсивностью в несколько тысяч киловатт. Наш реактор— безопасное ядерное огниво…
— Ну, а если уран по какой-нибудь дикой случайности все-таки застрянет в щели?
— Взрыв и тут исключается. Ведь куски плутония не цельные, а составлены из отдельных стержней, словно пачка карандашей. Тут вмешивается автоматика. Неизбежно сработает устройство, похожее на детское пружинное ружье. Пружина выстрелит одним «карандашиком». В результате общая масса расщепляющихся материалов уменьшится, станет ниже критической, и цепная реакция заглохнет. Все перестраховано дважды и трижды! Кроме того, сама физика реактора такова, что ядерный взрыв во всех решительно случаях исключается.
— Если хотите, — продолжают сотрудники лаборатории, — наш реактор в некоторых отношениях безопаснее обычного постоянно действующего реактора. Его импульс силен, но короток — длится несколько микросекунд. Импульс мощный, а средняя мощность мала — что-то вроде одного киловатта. А раз так, то и остаточная радиоактивность незначительна и система воздушного охлаждения самая безобидная.
Через желтые стекла перископа с уважением рассматриваем мы уникальную машину — порождение отважной изобретательской мысли. Серый ребристый электромотор стремительно вращал метровый диск, защищенный массивным кожухом.
Само создание этого диска явилось венцом современной технологии. Трудно приходится дискам турбин, вращающимся в жару и пламени реактивного потока, но еще труднее работать подвижным деталям, опаляемым дыханием «второго огня» — излучением ядерного распада. Ведь под действием ядерного излучения глубоко перерождается структура металла, алхимически изменяется его состав. Но все трудности технологии преодолены. Машина работает.
Ядерное огниво неустанно высекает «второй огонь» — гордый Прометеев пламень.
Идут нейтронные исследования. Изучаются спектры нейтронного излучения и явления нейтронного резонанса, и контуры реакторов будущих атомных электростанций, как арфа Эола, приобретают все более и более гармоничные рациональные пропорции.