Михаил Грабовский - Атомный аврал

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».