Деятельность академика Игоря Васильевича Курчатова

Размещено на http://www.allbest.ru/

Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"

Деятельность академика Игоря Васильевича Курчатова

Доктор физико-математических наук

Константин Мухин

Двенадцатого января 2013 года научная общественность России отмечает 110-ю годовщину со дня рождения руководителя отечественного атомного проекта, основателя Лаборатории № 2 АН СССР (ныне Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт") академика Игоря Васильевича Курчатова. Мне посчастливилось работать рядом с ним на первом этапе реализации атомного проекта.

В разгар величайшего сражения Второй мировой войны - Сталинградской битвы - Государственный комитет обороны (ГКО) принял 22 сентября 1942 года решение возобновить прерванные нападением фашистской Германииработы по овладению внутриядерной энергией. В военные годы это означало прежде всего изучение возможности создания атомной бомбы. В апреле 1943-го для выполнения государственной задачи под Москвой была сформирована Лаборатория № 2 АН СССР, которую возглавил доктор физико-математических наук профессор И.В. Курчатов.

Выбор не был случайным. До войны Курчатов весьма успешно руководил лабораторией аналогичного профиля в Ленинградском физико-техническом институте (ЛФТИ) и ещё за год до неё предложил Президиуму АН СССР развёрнутый план работ по урановой проблеме.

Первоначально штат Лаборатории № 2 состоял из одиннадцати научных сотрудников, приказом директора ЛФТИ академика А.Ф. Иоффе переведённых из Казани, где они работали после эвакуации из Ленинграда. Но вскоре специальным распоряжением ГКО И.В. Курчатову разрешили расширить штат Лаборатории до ста человек, предоставив ему право отзывать специалистов с любого предприятия, включая военные заводы и даже действующую армию. В октябре 1944-го в число первой сотни "отзовистов" попал и я. Вспоминается, как это произошло.

МГУ И ЛАБОРАТОРИЯ

В 1941 году я окончил физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова по специальности "физика колебаний". Получив диплом с отличием, был рекомендован в аспирантуру, однако в связи с начавшейся войной направлен в конструкторское бюро Авиационного завода № 51, где с июля по октябрь работал в должности инженера, расчётчика флаттера - вибраций крыльев и оперения самолёта, возникающих во время полёта. В октябре завод эвакуировали, я же с семьёй из-за болезни матери остался в Москве и некоторое время был безработным. Но потом поступил в радиоцех при НИИФ МГУ, выпускавший радиоаппаратуру для нужд фронта. Поскольку моим хобби со школьных лет было радиолюбительство, меня зачислили ведущим инженером по выпуску продукции цеха и сдаче её представителю военного ведомства.

После возвращения из эвакуации основной части МГУ меня перевели на должность ассистента и научного сотрудника физического факультета, где я совмещал преподавательскую работу с научно-исследовательской деятельностью по разработке и изготовлению более сложной, чем в радиоцехе, аппаратуры по заданиям Наркомата обороны. Вот с этого места меня, единственного из университета, и отозвали. Возможно, кроме специализации, определённую роль сыграла и высокая степень допуска, которой я обладал, участвуя в работах с грифом "совершенно секретно".

В один из октябрьских дней 1944 года мы с представителем Лаборатории № 2 проделали длинный путь из самого центра Москвы, с Моховой улицы, - сначала на метро до станции "Сокол", потом на трамвае до Покровского-Стрешнева. И, наконец, на поджидавшем нас маленьком автобусе с тремя молодыми выпускниками радиоинститута доехали до огромного пустыря - полигона с несколькими невысокими зданиями на окраине Москвы. курчатов атомный радиохимический графит

У самого большого, трёхэтажного, корпуса (нынешнее Главное здание) нас четверых встретили и провели в кабинет И.В. Курчатова (к тому времени уже академика), где мы побеседовали в присутствии нескольких ведущих сотрудников Лаборатории. В их коллективы нас и распределили, и я оказался в секторе № 5, который возглавлял Д.В. Тимощук.

ПЕРВЫЕ ВПЕЧАТЛЕНИЯ

Я занялся созданием довольно сложной радиоаппаратуры, например катодного осциллографа (Лаборатория оказалась оснащена приборами беднее, чем МГУ). Игоря Васильевича очень интересовала эта деятельность; во время ежедневных утренних и вечерних обходов он подходил ко мне, беседовал, брал почитать книги по радиотехнике, был весьма прост в общении с молодыми собеседниками. В нём я не чувствовал даже следов академической важности, да и по возрасту он мало отличался - мне было уже 27 лет, а ему только 42 года!

Как-то, во время очередного обхода, Игорь Васильевич неожиданно попросил меня сделать небольшой приборчик для демонстрации радиоактивного излучения на его лекциях в Кремле. Состоял прибор из счётчика Гейгера, лампового усилителя (на миниатюрных лампах-желудях) и механического счётчика, яростно трещавшего в присутствии радиоактивного источника. Игорь Васильевич был очень доволен, а я - рад, что прибор ему понравился.

К началу 1945 года Курчатов уже набросал предварительный перечень основных работ по атомному проекту и назначил руководителей - начальников тематических секторов. Например, создание первого ядерного реактора он поручил сектору № 1 во главе с ним самим и его ближайшим помощником И.С. Панасюком. Получением первого отечественного плутония должен был заниматься сектор № 3, возглавляемый братом Игоря Васильевича - Б.В. Курчатовым; разделением изотопов урана - И.К. Кикоин и Л.А. Арцимович; разработкой конструкции и изготовлением атомной бомбы - Ю.Б. Харитон и Я.Б. Зельдович. Наш коллектив помогал сектору № 7, начальнику которого - Г.Н. Флёрову и его помощнику - В.А. Давиденко поручили рассмотреть возможность цепной реакции деления в системе природный уран - обычная вода (Игорь Васильевич называл эту проблему "наукой о воде").

В связи с этим, начиная с 1945 года, Д.В. Тимощук начал приобщать меня к нейтронной физике. Мне эта тематика была в новинку - в тридцатые годы на физфаке студентов ядерной физике не обучали. И я с большим интересом занимался методикой использования радиоактивных индикаторов для детектирования плотности нейтронов. Наша помощь сектору № 7 заключалась в изучении свойств парафина как замедлителя нейтронов, аналогичного воде. Мы пытались их улучшить механическим путём (перфорацией парафина), однако довольно скоро и Флёров, и мы сами поняли, что решить задачу в предложенном варианте невозможно, и отложили её до лучших времён.

Сотрудники Лаборатории работали в основном в Главном здании, и здесь же под руководством Курчатова проходили организованные им научные семинары с докладами ведущих специалистов на актуальные темы и общеобразовательные лекции по ядерной физике и специальной электронике, которые читали Л.А. Арцимович и М.С. Козодаев.

В Главном здании не только работали, но и жили некоторые сотрудники и члены их семей. Конечно, это было удобно: дом и работа рядом. Кстати, и я вскоре получил прописку поблизости от Лаборатории. А случилось это неожиданно. Как-то Игорь Васильевич деликатно спросил у меня, почему я так рано (в 10 вечера!) ухожу с работы. В оправдание я рассказал ему, что после женитьбы, летом 1945 года, переехал к жене за город и теперь трачу на дорогу полтора часа в один конец. Вскоре по распоряжению Курчатова нам выделили двухкомнатную квартиру в деревянном доме в районе нынешнего институтского дома культуры. Продолжительность моего рабочего дня значительно выросла.

Ставка на радиохимические эксперименты

На первом этапе решения атомной проблемы И.В. Курчатов придавал огромное значение радиохимическим экспериментам по получению нептуния и плутония.

Ещё летом 1943 года он вызвал из Казани своего брата Бориса Васильевича и предложил ему заняться получением и изучением свойств трансурановых элементов № 93 (нептуний) и № 94 (плутоний). Расчёты теоретиков показали, что плутоний, точнее, его изотоп с атомным весом 239, как и уран-235, способен делиться под действием тепловых и быстрых нейтронов. А значит, может стать ценнейшим ядерным горючим, пригодным и для осуществления управляемой реакции, и для создания атомной бомбы.

Привлекли Бориса Васильевича для решения этой важнейшей задачи неслучайно. Именно он обеспечил успех радиохимической части знаменитой работы 1935 года братьев Курчатовых с сотрудниками, в ходе которой была открыта ядерная изомерия радиоактивного изотопа брома.

О делах Бориса Васильевича и коллег мне рассказывала сестра Людмила. Летом 1945 года она окончила институт по химической специальности и осенью поступила в сектор Б.В. Курчатова. Благодаря знаниям и умелым рукам (в 1942-м она работала вместе со мной в НИИФ МГУ радиомонтажницей высокого разряда) Людмила стала его незаменимой помощницей в экспериментах, и вскоре они поженились. А поскольку Борис Васильевич жил вместе с братом в его доме на территории Лаборатории, обе семьи Курчатовых объединились, и я оказался в курсе текущих и прошлых событий в их жизни.

"СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИЙ" НЕПТУНИЙ

Идея первых опытов Б.В. Курчатова, проходивших сначала в не приспособленном для химических работ подвале Сейсмологического института в Пыжевском переулке, опиралась на предположение, что нептуний относится к группе актиноидов - элементов с близкими химическими свойствами (89Ас, 90Тh, 91Ра, 92U...), аналогичной группе лантаноидов - редкоземельных элементов (57Lа, 58Се, 59Рr...). Близость химических свойств урана и нептуния затрудняла работу по их разделению, но аналогия в свойствах актиноидов и лантаноидов (последующие элементы в обеих группах образуются в результате заполнения внутренних электронных оболочек атомов элементов предыдущих) вселяла надежду использовать для выделения нептуния методику, разработанную Б.В. Курчатовым для лантаноидов.

Для осуществления этой идеи Борис Васильевич примерно неделю облучал уран нейтронами и выделил нептуний упомянутым методом. Успех был полный, химические свойства нептуния оказались сходными со свойствами лантаноидов. Окончательно подтвердила получение нептуния бета-радиоактивность выделенного образца с периодом полураспада около 2--3 суток. Полностью работу завершили весной 1944 года уже на новой территории Лаборатории № 2. На основе полученных результатов Б.В. Курчатов разработал так называемый лантано-сульфатный метод очистки 93-го элемента, очень простой и надёжный.

ПЛУТОНИЙ ИЗ БОЧКИ С ВОДОЙ

Летом 1944 года рядом с Главным зданием появилась химическая лаборатория для опытов Б.В. Курчатова по получению плутония. Она напоминала обычный погреб с откидывающейся крышкой на петлях и крутой лестницей. Здесь установили довольно большую бочку с водой, погрузив в неё колбу, содержащую примерно 10 кг раствора солей урана, с нейтронным источником в центре. Вода была нужна для замедления быстрых нейтронов источника до тепловой энергии, при которой они наиболее эффективно взаимодействуют с атомами урана.

Процесс накопления плутония-239 происходит в цепочке реакций:

Промежуточный продукт накапливался практически до насыщения уже через две недели. Однако для получения более или менее значительного количества , предположительно имеющего большой период полураспада, потребовалось длительное, около трёх месяцев, облучение.

В октябре 1944 года, когда облучение урана завершили, начался второй этап - выделение плутония. Опыты, длившиеся около полугода с переменным успехом, проводили на пяти отдельных порциях - от 0,5 до 2,0 кг облучённого урана с несколькими вариациями химических операций. Наконец, в апреле 1945 года из последних двух килограммов урана удалось выделить препарат, показавший альфа-радиоактивность с периодом полураспада примерно 31 000 лет. Это было очень важное достижение: плутоний действительно получили, но лишь в индикаторном количестве (его обнаруживал только альфа-распад).

"ЦИКЛОТРОННЫЙ" ПЛУТОНИЙ

Новый успех пришёл после того, как облучение урана стали проводить на первом небольшом циклотроне Лаборатории № 2 (его запуск под руководством И.В. Курчатова и Л.М. Немёнова стал одной из первых значительных побед в осуществлении атомного проекта). В то время он был единственным действующим на территории Советского Союза циклотроном, дававшим поток нейтронов на порядок больше, чем изотопный источник. Всего на установке облучили десять крупных (по 5 кг) порций уранилнитрата, заключённых в парафин. Облучение каждой порции длилось до 150 часов, и весь процесс шёл c декабря

1945 года по сентябрь 1946-го. В результате Б.В. Курчатов отработал технологию выделения плутония настолько хорошо, что теперь индикаторную порцию плутония легко мог получить любой химик-лаборант. И общее количество выделенного плутония выражалось уже в единицах массы: 1,810 - 2 мкг. Но только выражалось, а для разработки химии плутония требовалось его весовое количество. Эту задачу команде Б.В. Курчатова удалось решить позже, после пуска физического реактора. А работа по его созданию шла в Лаборатории № 2 полным ходом.

НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ПРОВЕРКЕ ЧИСТОТЫ ГРАФИТА

Выбранный И.В. Курчатовым вариант осуществления цепной ядерной реакции деления требовал нескольких десятков тонн урана и нескольких сотен тонн графита исключительной (спектральной) чистоты. В них не должно быть даже следов веществ, сильно поглощающих нейтроны (кадмия, бора и др.). Поэтому первый этап работы по созданию уран-графитового реактора заключался в проверке степени загрязнения графита и урана и разработке методик их очистки.

Проверка качества промышленного графита началась весной 1945 года. Для этой цели недалеко от Главного здания установили большую армейскую брезентовую палатку. В связи с круглогодичным характером работы в её левом углу вырыли обогреваемую электроплиткой землянку, где стояли два стула и стол с измерительной аппаратурой и внутренним телефоном для связи с кабинетом И.В. Курчатова. Степень загрязнения материала вредными примесями определяла группа лаборантов под руководством И.С. Панасюка.

В палатке соорудили большую графитовую призму с нейтронным источником в центре. Методом радиоактивных индикаторов (индиевой фольги, в которой под действием нейтронов возникает искусственная в-радиоактивность) или с помощью ионизационной камеры, наполненной газообразным фтористым бором (БР 3 - детектор нейтронов), измеряли распределение плотности тепловых нейтронов в зависимости от расстояния до источника. Обработка этих данных позволяла определить длину диффузии тепловых нейтронов Ь, по величине которой судили о чистоте графита (чем Ь больше, тем материал чище).

Промышленный графит выпускали в виде электродов для металлургических работ, он содержал около процента вредных примесей, что в сто раз превышало допустимое количество. Напряжённая работа по созданию совместно с работниками завода новой технологии очистки графита заняла полгода. К октябрю 1945-го в Лабораторию начал поступать достаточно чистый графит, который, однако, продолжали проверять, но более оперативным способом: часть эталонной графитовой призмы заменяли вкладышами из проверяемой партии и полученные диффузионные характеристики сравнивали. Вкладыши с пониженным счётом нейтронов считали браком.

На заключительном этапе нейтронно- физического эксперимента из отобранных брусков графита во второй палатке, установленной весной 1946-го вблизи строящегося для будущего реактора здания "К" (от слова "котёл", как тогда называли ядерный реактор), соорудили гигантский куб размером 6 х 6 х 6 метров и массой 365 тонн с источником нейтронов в центре. Длина диффузии нейтронов оказалась равной 48,5 ± 1 см (для идеально чистого графита L = 54 см), что указывало на пригодность материала для сборки реактора. Эту работу Курчатов завершил в октябре 1946 года.

Размещено на Allbest.ru