8 июня 1948 года осуществлён физический пуск первого в Советском Союзе промышленного ядерного реактора «А-1» на комбинате № 817 в г. Челябинск-40 (г. Озерск, Челябинской обл.).
Необходимость в ядерном реакторе для наработки оружейного плутония возникла при проектировании первой советской ядерной бомбы РДС-1 («реактивный двигатель специальный»).
Атомы оружейного плутония (плутоний-239) легко распадаются и позволяют запустить цепную реакцию с лавинообразным выделением энергии. Ядерное оружие требует именно таких материалов: плутония-239 или урана-235. Но уран-235 оказалось крайне сложно выделять из природного сырья и ученые решили, что плутоний-239 в этом вопросе более перспективный: его нет в природе, зато его можно синтезировать в ядерных реакторах.
И.В. Курчатов на комбинате № 817 после успешного пуска Источник фото: https://www.bochvar.ru/company/pervyy-promyshlennyy-reaktor-a-dlya-narabotki-plutoniya/
Устройство уран-графитового оружейного реактора А-1 Источник фото: https://nauka.tass.ru/nauka/5300190
В целях отработки принципов работы реактора в Москве был построен реактор Ф-1. На нём были наработаны практика сборки, принципы управления и условия защиты реактора. Эксплуатация Ф-1 показала, что для наработки необходимого количества плутония необходимо строить реактор с улучшенной биологической защитой и отводом тепла. Это обстоятельство и послужило началом проектирования реактора А-1, прозванного «Аннушкой».
Началом проектирования реактора А-1, прозванного «Аннушкой», можно считать дату начала советского атомного проекта, а именно 28 сентября 1942 года, когда было подписано постановление Государственного комитета обороны «Об организации работ по урану». Документом предписывалось возобновить в Советском Союзе работы по исследованию возможности использования атомной энергии.
В 1945 году советским правительством было принято решение о начале строительства на Южном Урале первого в СССР предприятия по производству плутония-239. В состав предприятия должны были входить:
уран-графитовый реактор на естественном (природном) уране (завод «А»);
радиохимическое производство по выделению плутония-239 из облученного в реакторе естественного (природного) урана (завод «Б»);
химико-металлургическое производство по получению особо чистого металлического плутония (завод «В»).
Для строительства первого в СССР предприятия по наработке плутония в военных целях была выбрана площадка на Южном Урале в районе расположения старинных уральских городов Кыштым и Касли.
Изыскания по выбору площадки проводились летом 1945 года, в октябре 1945 года Правительственная комиссия признала целесообразным размещение первого промышленного реактора на южном берегу озера Кызыл-Таш, а под жилой массив выбор полуострова на южном берегу озера Иртяш. В настоящее время этот промышленный комплекс называется Производственным Объединением (ПО) «Маяк», а город на берегу озера Иртяш, в котором живут работники ПО «Маяк» и члены их семей, получил название Озёрск.
Производственное объединение «Маяк» Источник фото: https://pravdaurfo.ru/sites/default/files/mayak.jpg
В строительстве предприятия принимало участие свыше 45000 человек – это были студенты, инженеры и идейные специалисты, все они были как можно более квалифицированные, опытные и амбициозные. После приезда в город в течение нескольких лет они не могли не только встречаться, но и переписываться с родственниками, строительство велось под строжайшей завесой секретности. Нарушений трудовой дисциплины практически не было, и причиной была не только военная дисциплина, но и высокая степень ответственности и понимание сверхзадачи. Научным руководителем комбината стал И. В. Курчатов.
Сталин назначил испытания на весну 1948 года, при том, что Великобритания и США шли к ее созданию четыре года. А когда в 1947 году стало понятно, что в установленные сроки завершить строительство невозможно, перебросили еще 15 тысяч человек, установив для них 10-часовой рабочий день.
Принципиальная схема реактора А-1. Источник: http://energetika.in.ua/ru/books/book-2/part-4/section-17
«Первая проблема возникла уже на стадии проектирования. Дело в том, что американские реакторы имели горизонтальное расположение урановой загрузки: тысячи тонн графита пронизывают 1200 скважин, в них вставляются тонкостенные алюминиевые трубы, в которые загружаются «урановые блочки». Каждую трубку нужно идеально закрепить, компенсировать термические деформации, подать воду, измерить ее температуру на выходе. Наших конструкторов такая задача поставила в тупик. И тогда они предложили оригинальное решение - вертикальный реактор. С тех пор вся мировая практика реакторостроения пошла по этому пути. Больше горизонтальных реакторов никто не делал» - рассказывает ветеран атомной отрасли Борис Николаевич Ентяков, бывший заместитель главного энергетика комбинате № 817 по механическому оборудованию.
Однако строительство было сильно осложнено из-за вертикального расположения. Глубина котлована составила в итоге 54 метра, проходку вели через скальные породы, а единственной механизацией труда являлся отбойный молоток. Дальше в ход вступали тысячи людей, лошадей и тележек, поднимающих тяжелую горную породу. Соответственно, возникала и вторая проблема – отсутствие необходимых технологий и материалов, опыта в сооружении атомного котла у советских ученых и инженеров не было, все делалось впервые. Для котла им были необходимы уран, графит, новейшие конструкционные материалы и ко всему перечисленному предъявлялись невероятные для того времени требования по экологичности.
Несмотря на все трудности, уже в конце 1945 года начался выпуск урана и графита требуемого качества и в необходимых объемах. По мере того как поступали материалы со всех подключенных предприятий, начиналось моделирование сборки активной зоны реактора. Круглосуточно научные сотрудники, ассистенты, рабочие собирали графитовые призмы с ураном, проводили эксперименты и изучали характеристики урановых блоков, подбирали наиболее оптимальные габариты.
Летом 1946 года было завершено строительство специального здания с шахтой для реактора глубиной 10 метров. Такое углубление играло роль биологической защиты от излучения. На этой отметке была обнаружена твёрдая скала, разрабатывать которую вручную было очень медленно. С этого момента постоянно проводились взрывные работы: обычной силы — на рыхление породы и взрывы увеличенной силы — на выброс породы.
Объёмы взрывных работ были очень высокими: с октября 1946 года по март 1947 года было выполнено 30 взрывов, в результате 100 тыс. м³ крепкой скальной породы было выброшено и 70 тыс. м³ взрыхлено.
Сапёры выкопали шурфов общей длиной порядка 3000 м, минных камер общим объёмом около 1300 м³.
По достижении глубины 18 метров был получен новый проект, глубина должна была достичь 43 метра, хотя технологии не позволяли работать на глубине более 20 метров, а никто из рабочих не имел опыта работы на такой глубине.
После достижения глубины 20 м был проведен успешный взрыв на выброс и удалось достичь уровня 25 м. Уже были установлены экскаваторы, а также 10 подъемников, созданных на ремонтно-механическом заводе. Грунт уже перемещали на грузовиках, хотя их и не хватало, поэтому параллельно задействовались тачки- грабарки. Такая схема оказалось очень успешной и позволила достичь глубины 43 метра.
Все чаще случались инциденты с проникновением грунтовых вод в котлован, а т.к. мощности установленных насосов не хватало, пришлось устанавливать промежуточную насосную станцию. Когда зимой эта система отказала, котлован стал быстро наполняться водой, пришлось эвакуировать рабочих. Несмотря на мороз, механик объекта А. И. Ложкин, нырнув в ледяную воду, исправил заевший клапан и спас положение. Этот случай стал известен всему коллективу.
Указание было выполнено в марте 1947 года, после этого проектировщики дали задачу заглубиться ещё на 10 м.
Этот последний участок стал самым сложным, и на нём работали исключительно строители-добровольцы, руководил которыми лично инженер-капитан Д.С. Захаров.
Земляные работы были полностью завершены в апреле 1947 года, котлован имел диаметр 110 м на поверхности земли и 80 м на дне, итоговая глубина — 54 м.
Сборка реактора А-1 Источник фото: https://vikond65.livejournal.com/1219636.html?view=comments
Дело оставалось за малым: построить само здание реактора. И уже к зиме 1947-1948 годов строительство было завершено и начался монтаж оборудования, производившийся опять-таки в предельно сжатые сроки и в обстановке секретности. Требования по качеству работ, точности изготовления и монтажа были очень жёсткими, особенно к исполнителям и организаторам работ при сборке графитовой кладки.
Здание первого советского промышленного ядерного реактора А-1. Челябинск-40, 1948 г. Источник: https://lhistory.ru/index.php/statyi/pervyj-reaktor
1 июня 1948 года завершилось создание промышленного реактора, на которое потребовалось:
• 5000 тонн металлоконструкций и оборудования,
• 230 километров трубопроводов,
• 165 километров электрических кабелей,
• 5745 единиц задвижек и прочей арматуры,
• 3800 измерительных и контрольных приборов.
Начиная с 8 июня, реактор работал в штатном режиме. Нейтронов, возникающих при делении урана, вполне хватало для цепной реакции и образования из урана-238 и плутония-239. Передавая пульт управления сменному персоналу, Курчатов записал в журнале: «Начальникам смен! Предупреждаю, что в случае остановки подачи воды будет взрыв».
В августе 1948 года из реактора выгрузили первую партию облученного урана. 16 апреля 1949-го получили из него первый «королек» металлического плутония весом 8,7 грамма. А 29 августа 1948 года испытали бомбу на Семипалатинском полигоне.
Известно, что президент Трумэн две недели не мог отойти от шока — монополия США на сверхоружие была утеряна.
Первый промышленный уран-графитовый реактор находился в эксплуатации и нарабатывал плутоний в течение 39 лет, хотя согласно проекту «Аннушка» должна была проработать всего три года. Кроме наработки плутония в реакторе «А-1» с самого начала его эксплуатации нарабатывались и другие изотопы. Реактор был окончательно остановлен 16 июня 1987 года. В настоящее время реактор «А-1» после полной разгрузки урана из реактора находится в режиме консервации.
Советник РАРАН
В.В. Истомин
