Курчатовский институт: от бомбы до токамака

14 августа 1964 года, 50 лет назад, в Институте атомной энергии им. И.В.Курчатова, была запущена первая в мире установка, преобразующая ядерную энергию в электрическую без помощи парогенератора. Установка, названная «Ромашкой», предназначалась для использования в космосе. Это лишь небольшая часть грандиозных проектов, реализованных институтом.

Шестисотваттный космический цветок

Принцип действия «Ромашки» существенно отличался от того, который применяется в АЭС. Да и масштабы были совсем иными, поскольку она была сделана для размещения на космическом аппарате. Компактный ядерный реактор на быстрых нейтронах, в котором в качестве топлива использовался карбид обогащенного урана, весил всего лишь 400 кг. Выделяемое им тепло поступало на термоэлектрический преобразователь на основе кремний-германиевого сплава. На выходе получалась мощность в 600 Вт. Этого хватало для питания бортовой аппаратуры и научно-исследовательских приборов.

«Ромашка» безотказно проработала 15 тыс. часов. В последующих разработках ресурс был доведен до года.

С.П. Королев намеревался использовать установку на борту космических кораблей. Однако эти планы перечеркнула его смерть. Те, кто пришел ему на смену, вернулись к этой идее лишь в 80-е годы, когда на борту спутника «Космос-1818» была размещена ядерная энергетическая установка «Топаз», имевшая мощность 6,6 кВт.

Неторопливый старт

«Ромашку» создавал уже овеянный славой мощный институт, имевший на своем счету множество научных и технологических достижений. А история его началась 12 апреля 1943 года, когда согласно распоряжению вице-президента АН СССР А.А.Байдукова была создана Лаборатория № 2, заведующим которой был назначен академик Игорь Васильевич Курчатов. Эта дата считается днем основания Курчатовского института.

Поводом для этого оргмероприятия стала полученная в конце 1942 года от внешней разведки информация о развертывании под руководством Роберта Оппенгеймера американского проекта «Манхеттен».

Однако деятельность лаборатории, которая до 1944 года находилась в Казани, разворачивалась в вялотекущем режиме. И это вряд ли объясняется лишь тем, что ресурсы воюющего на всю катушку Советского Союза были несопоставимы с теми возможностями, которыми располагали не слишком обремененные войной Штаты. В проекте «Манхэттен» принимали участие 12 Нобелевских лауреатов, 15 тысяч ученых, инженеров и техников, 45 тысяч рабочих, 4 тысячи стенографисток, машинисток и секретарей, тысяча сотрудников службы безопасности. В Лаборатории № 2 — 80 человек, из которых лишь 25 были научными сотрудниками. Просто руководство страны было неспособно в полной мере оценить возможности ядерного оружия. К тому же были громадные сомнения относительно того, что американцам удастся его создать.

Регулярно появлялись постановления Государственного комитета обороны (ГКО) «о неотложных мерах» по ускорению ядерных работ, но ни финансирование не увеличивалось, ни штаты не расширялись. В результате к концу войны работа практически не сдвинулась с мертвой точки: в Лаборатории № 2, а также в открытых в начале 1945 года Лабораториях № 3 и № 4 изыскивались методы получения плутония и обогащенного урана на реакторах различных принципов действия. То есть специалисты занимались научными, а не опытно-конструкторскими разработками.

Ядерное ускорение

Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки прогремели для советского руководства как гром среди ясного неба. Срочно, 20 августа 1945 года, был создан Госкомитет по атомной энергии при ГКО во главе с Берией, который получил чрезвычайные полномочия и неограниченное финансирование. Научным руководителем проекта стал Курчатов, а главным конструктором — академик Ю.Б.Харитон.

Широкие полномочия и простор для изысканий получила и Лаборатория № 2. Ей была поручена научная часть работы по созданию бомбы, контроль и практическое сопровождение конструкторских работ, выполняющихся в многочисленных отраслевых НИИ и на номерных предприятиях.

По привлеченным к разработке ядерного оружия ресурсам Советский Союз в конечном итоге намного опередил США. Летом 1949 года, когда бомба была готова, в «атомной отрасли» трудились 700 тыс. человек. Преимущественно это были заключенные, которые не только рыли котлованы и выполняли бетонные работы. Среди них было достаточно инженеров и техников, которым было доверено выполнять наиболее опасную и вредную работу.

Отставание от США по созданию ядерной бомбы необходимо было сокращать всеми правдами и неправдами. К «неправдам» относился вклад в общее дело, который внесли разведчики, снабжавшие Госкомитет по атомной энергии информацией об американской бомбе.

«Правды» выходили из стен Лаборатории № 2 АН СССР. Причем последовательно, поэтапно. Вначале определились с технологией получения обогащенного урана газодиффузионным методом и выработки оружейного плутония на ядерном реакторе. Затем, в 1946 году, был построен и запущен первый в Европе опытный ядерный реактор Ф-1.

После этого начался разворачиваться грандиозный проект, включающий в себя конструкторскую и производственные составляющие. При этом Лаборатория была этаким мозговым центром, куда сходились сигналы от периферийной нервной системы и который раздавал управляющие сигналы в свои многочисленные филиалы. В частности, в КБ-11 в Сарове, где разрабатывалась и изготавливалась бомба, и в Комбинат 817 в Челябинске-40, где был построен грандиозный ядерный реактор, на котором производился оружейный плутоний для бомбы РСД-1 мощностью 22 килотонны.

Бомба была успешно испытана 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне.

Курчатовскому институту ошибочно приписывают лавры по созданию водородной бомбы. В действительности ее «отцами» являются ученые Физического института АН СССР (ФИАН) А.Д.Сахаров и В.Л.Гинсбург. Любопытно, что ее идею вплоть до конструктивных подробностей Сахаров высказал в 1948 году, а проект был готов в 1949 за два месяца до испытания РСД-1.

Атом двойного назначения

Лаборатория № 2, а впоследствии, с 1956 года, — Институт атомной энергии АН СССР параллельно работала и на войну, и на мир. Через два года после испытания РСД-1 под руководством Курчатова началась работа по созданию первой в мире атомной электростанции в Обнинске Калужской области. АЭС с уран-графитовым реактором мощностью 5000 кВт была запущена 26 июня 1954 года. Электричество начало поступать в сеть Мосэнерго.

Станция была остановлена в 2002 году ввиду экономической нецелесообразности ее эксплуатации. Сейчас она является музеем и продолжает зарабатывать, но уже не на электричестве, а на туристах.

Создание ядерных реакторов самого разнообразного назначения и применения было поставлено в Курчатовском институте, можно сказать, на поток. В 1958 году ВМФ СССР была принята на вооружение первая ПЛА «Ленинский комсомол». Через год ушел в плавание первый в мире атомный ледокол «Ленин».

Мощность создаваемых в институте реакторов постоянно возрастает. И в 1980 году достигает одного гигаватта и продолжает двигаться в направлении «все выше, выше и выше». При этом увеличивается и безопасность реакторов.

Курчатовский институт после успешного завершения «работ по урану» занимается целым рядом теоретических и научно-практических исследований. Есть среди них и космическое направление. И это не только создание бортовых ядерно-электрических преобразователей типа «Ромашки». С начала 60-х годов «курчатовцы» работают над созданием ядерного двигателя для космических аппаратов на базе реакторов, энергия которых трансформируется в импульсную плазменную реактивную струю. В 1975 году работающий наземный макет такого двигателя был запущен. На основании полученных научно-практических данных несколько отраслевых НИИ начали разработку ядерных ракетных двигателей (ЯРД). Это движение не затухает и по нынешний день. Более того, руководитель Росатома Сергей Кириенко в прошлом году истребовал у правительства 17 млрд. рублей под обещание создать к 2018 году работоспособный ЯРД, готовый к полетам в космос.

Ну, и наконец, самым грандиозным направлением, которым институт занимается уже более 60 лет, — создание термоядерного реактора. Эти работы были санкционированы еще Сталиным. Первые результаты были получены в 60-е годы. В связи с чем газеты запестрели заголовками типа «Термояд на подходе!». На созданной в Курчатовском институте токамаке (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками) добились удержания раскаленной плазмы в течении нескольких микросекунд.

Затем токамаки совершенствовались, в конце 70-х в них начали использовать сверхпроводящие обмотки магнитных катушек. Благодаря чему время управляемой термоядерной реакции приблизилось к секунде. Однако дальше дело не сдвинулось. Лишь китайцы на своем токамаке EAST в Институте физики плазмы смогли удержать плазму от выплескивания из магнитной ловушки на холодные стенки реактора 1,25 секунды.

В 1985 году по инициативе Советского Союза начал разворачиваться международный проект по созданию сверхмощного токамака ITER, на котором предполагается добиться удержания управляемой термоядерной реакции от часа и более. В проекте принимают участие КНР, Южная Корея, Индия, Евросоюз, США, Казахстан, Япония и Россия. Главный российский научно-практический вклад в проект делает Курчатовский институт.

Реактор высотой 60 метров и массой 23 тыс. тонн строится в 60 километрах от Марселя. В настоящий момент заканчиваются бетонные работы. Монтаж установки должен завершиться в 2019 году. А год спустя должны начаться эксперименты с плазмой.

Одна из целей проекта, пожалуй, главная, доказать возможность получения на токамаках коммерческой электроэнергии. Предполагается, что на основе экспериментальных данных, полученных на ITER, в 2040—2050 годах будет построена первая коммерческая ядерная электростанция.

Снимок в открытие статьи: Олег Кузьмин /Фотохроника ТАСС.