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 нейтронов внутри реактора.
Поэтому урановые блочки, охлаждаемые водой, должны быть надежно отделены от окружающего графита металлической трубой технологического канала (ТК).
В качестве материала для труб ТК, как и рекомендовал Смит, был выбран алюминиевый сплав («только алюминий можно считать пригодным с точки зрения коррозии»).
Чрезвычайно сложным оказалось проектирование биологической защиты.
У Смита:
«Весь котел должен быть окружен очень толстыми стенами из бетона, стали… Вместе с тем должна быть предусмотрена возможность загрузки и разгрузки через эти стены и ввод-вывод воды через них. Защитные укрытия должны быть не только непроницаемыми для радиоактивного излучения, но и газонепроницаемы, так как воздух, подвергшийся облучению в котле, становится радиоактивным».
Верхнюю и нижнюю биологическую защиту конструкторы Доллежаля предусмотрели в виде двух рядов стальных двутавровых балок высотой в человеческий рост, засыпанных слоями песка и железной руды с примесью бора.
По периметру графитовая кладка окружалась защитными металлическими отсеками величиной с однокомнатную квартиру, которые заполнялись водой. Все сооружение окружалось по проекту многометровой дополнительной защитой из тяжелого бетона, наполняемого дробленой железной рудой. Верхняя часть технологических каналов прикрывалась свинцовой крышкой, набранной из пятнадцатикилограммовых свинцовых кирпичей.
Весь реактор к тому же предполагалось смонтировать под землей в скальном грунте…
Вот таким представлялся Доллежалю общий вид будущего реактора: графитовый цилиндр высотой и диаметром около десяти метров, пронизанный параллельно оси тысячью каналами, в которые можно будет загружать урановые блочки через верхние головки и при необходимости разгружать их содержимое в огромный нижний бункер с водой…
Оставался один вопрос, мучивший Николая Антоновича и днями, и ночами: как должен быть расположен уран-графитовый котел относительно поверхности земли — горизонтально или вертикально?
В зависимости от этого изменялся не только весь технологический процесс загрузки-выгрузки уранового топлива, но и вся архитектура центрального зала — наземного сооружения над реактором.
В хэнфордских котлах технологические каналы с урановыми стержнями были расположены горизонтально. В связи с их большой длиной (около двадцати метров) такая компоновка представлялась очень рациональной, так как позволяла не прибегать к строительству сложных и дорогостоящих высотных сооружений, что было бы неизбежным при вертикальном варианте.
Николай Антонович не только усомнился в правильности подобного решения, но с некоторых пор стал горячим защитником вертикального котла…
Как-то он поехал в лабораторию № 2 посоветоваться по текущим вопросам. Курчатов встретил его обычным вопросом:
— Ну, как дела, Николай Антонович? Что имеем?
