Чернобыль. История катастрофы

2

Альфа, бета и гамма

Почти все во Вселенной состоит из атомов – образующих ее вещество частиц звездной пыли. Атомы в миллион раз меньше толщины человеческого волоса и состоят почти полностью из пустоты. Но в центре каждого атома есть ядро – полное латентной энергии и невообразимо плотное, словно 6 млрд автомобилей спрессовали до размеров чемодана[104 - Robert Peter Gale and Eric Lax, Radiation: What It Is, What You Need to Know (New York: Vintage Books, 2013), 12.]. Вокруг ядра движется облако электронов, а само оно состоит из нейтронов и протонов, удерживаемых вместе силой, которую называют сильным взаимодействием[105 - Robert Peter Gale and Thomas Hauser, Final Warning: The Legacy of Chernobyl (New York: Warner Books, 1988), 6.].

Сильное взаимодействие, наравне с гравитацией, одна из четырех основных сил, которые удерживают Вселенную. Прежде ученые считали, что его мощь делает атомы неделимыми и неуничтожимыми и что «ни масса, ни энергия не могут быть созданы или уничтожены»[106 - Там же.]. В 1905 году Альберт Эйнштейн перевернул эти представления[107 - Там же, 4–6.]. Он предположил, что, если бы атомные ядра удалось каким-либо образом разорвать, это преобразовало бы их крошечную массу в относительно огромный выброс энергии. В виде уравнения эта идея выглядит так: высвобождаемая энергия будет равна потерянной массе, умноженной на квадрат скорости света. E = mc

.

В 1938 году трио ученых из Германии обнаружило, что при бомбардировке атомов тяжелого металла урана нейтронами ядра этих атомов фактически могут делиться – с высвобождением ядерной энергии. При делении некоторые нейтроны вылетают на огромной скорости, сталкиваясь с ближайшими ядрами и, в свою очередь, делят их, высвобождая еще больше энергии. Если собрать достаточное количество атомов урана в правильной конфигурации, достигнув критической массы, процесс станет поддерживать себя сам, нейтроны одного разделившегося ядра будут раскалывать ядро другого, посылая новые нейтроны на столкновение со следующими ядрами. По достижении критического порога результирующая цепная реакция – ядерное деление – высвободит невообразимые количества энергии.

6 августа 1945 года в 8:16 ядерный заряд, содержащий 64 кг урана, взорвался на высоте 580 м над японским городом Хиросима, с безжалостной точностью подтвердив уравнение Эйнштейна[108 - Richard Rhodes, The Making of the Atomic Bomb (New York: Simon & Schuster, 1988), 711.]. Сама по себе эта бомба была крайне неэффективной: распаду подвергся всего один килограмм урана, а в энергию превратились только 700 мг массы – столько весит бабочка[109 - Emily Strasser, “The Weight of a Butterfly,” Bulletin of the Atomic Scientists website, February 25, 2015; Jeremy Jacquot, “Numbers: Nuclear Weapons, from Making a Bomb to Making a Stockpile to Making Peace,” Discover, October 23, 2010.]. Но этого было достаточно, чтобы за долю секунды полностью уничтожить город. Около 78 000 человек погибли в момент взрыва или сразу после него – были испарены, раздавлены или сожжены в огненной буре, прошедшей за взрывной волной[110 - В результате хаоса и разрушений, вызванных бомбардировкой, и отсутствия точной информации о числе жителей, находившихся в городе, оценки числа смертей, вызванных взрывом, значительно разнятся. Приведенные цифры – часть «ближайшей оценки» числа пострадавших, приведенной в книге: Paul Ham, Hiroshima Nagasaki: The Real Story of the Atomic Bombings and Their Aftermath (New York: Thomas Dunne Books/St. Martin’s Press, 2014), 408.]. К концу года еще 25 000 мужчин, женщин и детей заболели и умерли от воздействия радиации, высвобожденной первым в мире взрывом атомной бомбы в ходе военных действий.

Радиация – следствие распада нестабильных атомов. Ядра атомов различных элементов различаются по весу, определяемому числом протонов и нейтронов[111 - Gale and Hauser, Final Warning, 6.]. У каждого элемента уникальное число протонов, оно никогда не меняется, определяя «атомный номер» и положение элемента в периодической таблице: водород никогда не имеет больше одного протона, у кислорода их всегда восемь, у золота – 79. Но атомы одного и того же элемента могут иметь переменное число нейтронов, что дает различные изотопы: от дейтерия («тяжелый» водород – с одним нейтроном вместо двух) до урана-235 (металл уран с пятью добавочными нейтронами).

Добавление или удаление нейтронов из ядра стабильного атома превращает его в нестабильный изотоп[112 - Fred A. Mettler Jr., and Charles A. Kelsey, “Fundamentals of Radiation Accidents,” in Igor A. Gusev, Angelina K. Guskova, Fred A. Mettler Jr., eds., Medical Management of Radiation Accidents (Boca Raton, FL: CSC, 2001), 7; Gale and Hauser, Final Warning, 18.]. Такой изотоп будет стремиться к восстановлению равновесия, отбрасывая части своего ядра в поисках стабильности – производя либо другой изотоп, либо иногда совсем другой элемент. Например, плутоний-239 отбрасывает два протона и два нейтрона из своего ядра, становясь ураном-235. Этот динамический процесс ядерного распада и есть радиоактивность, а высвобождаемая при этом энергия, которую ядра излучают в форме волн или частиц, – радиация.

Радиация окружает нас всегда и повсюду[113 - Craig Nelson, The Age of Radiance: The Epic Rise and Dramatic Fall of the Atomic Era (New York: Simon & Schuster, 2014), 3–4.]. Она исходит от Солнца, и ее несут космические лучи, погружая города на большей высоте в фоновую радиацию более высоких уровней, чем в городах на уровне моря. Подземные залежи тория и урана испускают радиацию, как и каменные строения: камень, кирпич и штукатурка содержат радиоизотопы. Гранит, из которого построено здание Капитолия в США, настолько радиоактивен, что нарушает многие нормативы, установленные для атомных электростанций. Все живые ткани в той или иной степени радиоактивны: люди, как и бананы, излучают радиацию, поскольку и те и другие содержат небольшие количества радиоизотопа калия-40. В мышцах его больше, чем в других тканях, поэтому мужчины в целом радиоактивнее женщин. Бразильские орехи, содержащие радий в концентрации в тысячу раз выше, чем любой другой органический продукт, являются самой радиоактивной пищей в мире.

Радиация невидима и не имеет вкуса или запаха. Нам еще предстоит доказать, что до некоего уровня воздействие радиации полностью безопасно, однако она становится стопроцентно опасной, когда излучаемые частицы и волны обладают достаточной энергией, чтобы ионизировать (нарушить оболочку из электронов и превратить в заряженные ионы) атомы, составляющие ткани живых организмов. Такая радиация называется ионизирующим излучением.

Известны три основные формы ионизирующего излучения: альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи. Альфа-частицы относительно крупные, они движутся медленно и не могут проникнуть через кожу; даже лист бумаги блокирует их движение. Но если им удается проникнуть в тело другими способами – если их проглотить или вдохнуть, – альфа-частицы могут вызвать тяжелое повреждение хромосом и смерть. Радон-222, скапливающийся в виде газа в непроветриваемых подвалах, заносит альфа-частицы в легкие, где они вызывают рак[114 - Gale and Lax, Radiation, 13 and 17–18.]. Мощным источником альфа-излучения является один из канцерогенов, содержащихся в табачном дыме, – полоний-210[115 - Там же, 20.]. Этот яд, подсыпанный в чашку чая, убил в 2006 году в Лондоне бывшего офицера ФСБ Александра Литвиненко[116 - John Harrison et al., “The Polonium210 Poisoning of Mr Alexander Litvinenko,” Journal of Radiological Protection 37, no. 1 (February 28, 2017). ФСБ была образована в 1995 году как служба государственной безопасности России и преемник КГБ.].

Бета-частицы меньше и движутся быстрее альфа-частиц, они могут проникать глубже в живые ткани, вызывая видимые ожоги кожи и длительные генетические повреждения. Лист бумаги не защищает от бета-частиц, а вот алюминиевая фольга – или достаточное расстояние – защитят. На расстоянии свыше 3 м бета-частицы не наносят ущерба, но они опасны, если попадут внутрь организма. Организм ошибочно принимает их за базовые элементы, и бета-излучающие радиоизотопы могут достигать смертельной концентрации в отдельных органах: стронций-90, относящийся к той же химической группе, что и кальций, накапливается в костях, рутений всасывается кишечником, йод-131 откладывается в щитовидной железе у детей и может вызвать рак.

Гамма-лучи – высокочастотные электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света – имеют наибольшую энергию из всех форм ионизирующего излучения[117 - Gale and Hauser, Final Warning, 18–19.]. Они преодолевают большие расстояния, выводят из строя электронные приборы, задержать их могут только толстые слои вещества – бетона или свинца. Гамма-лучи беспрепятственно проходят через человеческое тело, пробивая клетки как микроскопические пули.

Если организм подвергается значительному ионизирующему излучению, это вызывает острую лучевую болезнь (ОЛБ), при которой ткани человеческого тела повреждаются и разрушаются на мельчайших уровнях[118 - Mettlerand Kelsey, “Fundamentals of Radiation Accidents,” 7–9; д-р Анжелика Барабанова, интервью автору книги, Москва, 14 октября 2016 года.]. Симптомы лучевой болезни включают тошноту, рвоту, кровотечения и выпадение волос, после чего происходит разрушение иммунной системы и костного мозга, распад внутренних органов и, наконец, смерть.

У пионеров атомных исследований, которые изучали «лучистую материю» в конце XIX века, воздействие радиации вызывало живое любопытство[119 - Galeand Lax, Radiation, 39.]. Вильгельм Рентген, открывший Х-лучи в 1895 году, был чрезвычайно заинтригован, увидев проекцию костей своей руки на стене лаборатории. Вскоре он сделал первую в мире фотографию в Х-лучах, сняв руку своей жены – вместе с обручальным кольцом, – и результат привел ее в ужас. «Я увидела свою смерть!» – сказала она[120 - Timothy Jorgensen, Strange Glow: The Story of Radiation (Princeton, NJ: Princeton University Press, 2016), 23–28.]. Позже Рентген начал предпринимать меры, чтобы защитить себя от воздействия своего открытия, другие исследователи не были столь осторожны. В 1896 году Эдисон изобрел флуороскоп, прибор, который проецировал Х-лучи на экран, позволяя заглянуть внутрь предметов[121 - Там же, 31–32; US Department of the Interior, “The Historic Furnishings Report of the National Park Service, Edison Laboratory,” 1995, 73, online at www.nps.gov/parkhistory/online_books/edis/edis_lab_hfr.pdf (http://www.nps.gov/parkhistory/online_books/edis/edis_lab_hfr.pdf). Фотографию коробки см. в: Gilbert King, “Clarence Dally: The Man Who Gave Thomas Edison X-Ray Vision,” Smithsonian.com, March 14, 2012.]. Во время этих опытов ассистент Эдисона многократно подставлял руки под Х-лучи. Когда на одной руке появились ожоги, ассистент стал подставлять другую. Однако ожоги не заживали. Со временем хирурги ампутировали ему левую руку и четыре пальца на правой. Когда рак распространился на всю правую руку, доктора отрезали и ее. Болезнь переместилась на грудь, и в октябре 1904 года он умер, став первой жертвой искусственной радиоактивности.

Даже когда стал очевиден вред от поверхностного воздействия радиации, опасность облучения внутренних тканей осознавали плохо[122 - Jorgensen, Strange Glow, 93–95.]. В начале ХХ столетия аптекари продавали средства, содержащие радий в качестве тонизирующего, и люди их пили, веря, что радиоактивность передает энергию. В 1903 году Мария и Пьер Кюри получили Нобелевскую премию за открытие полония и радия – источника альфа-частиц, примерно в миллион раз более радиоактивного, чем уран. Эти вещества они извлекали из тонн вязкой, смолистой руды в своей парижской лаборатории[123 - Gale and Lax, Radiation, 43–45.]. Пьер Кюри погиб под колесами экипажа, когда переходил улицу, а его вдова продолжила исследовать свойства радиоактивных веществ – до самой своей смерти в 1934 году, вероятно в результате радиоактивного поражения костного мозга. Более чем 80 лет спустя записи, которые велись в лаборатории Кюри, оставались настолько радиоактивными, что их хранили в выложенной свинцом коробке.

Если смешивать радий с другими элементами, они светятся в темноте. Когда это стало известно, часовщики начали нанимать молодых женщин для нанесения флуоресцентных меток на циферблаты[124 - Jorgensen, Strange Glow, 88–89.]. На часовых фабриках в Нью-Джерси, Коннектикуте и Иллинойсе этих «радиевых девушек» учили облизывать кончик кисточки, прежде чем опустить ее в горшочек с радиевой краской. Когда челюсти и скелетные кости девушек стали гнить и распадаться, работодатели заявили, что они больны сифилисом. Однако начатый судебный процесс показал, что менеджеры знали о рисках работы с радием и скрывали это от работниц[125 - Gale and Lax, Radiation, 44.]. Так публика впервые узнала об опасностях попадания радиоактивных материалов в организм.

Биологическое воздействие радиации на человеческое тело поначалу измеряли в бэрах (биологических эквивалентах рентгена), учитывая сложную комбинацию факторов: тип радиации, длительность облучения, сколько радиации проникло в тело и насколько облученные ткани уязвимы для радиации. Части тела, где клетки делятся быстро – костный мозг, кожа, желудочно-кишечный тракт, – больше подвержены рискам, чем сердце, печень и мозг. Некоторые радионуклиды, такие как радий и стронций, более интенсивно излучают радиацию и поэтому опаснее, чем, например, цезий или калий[126 - Timothy Jorgensen, associate professor in the Department of Radiation Medicine at Georgetown University, интервью автору книги по телефону, 19 июня 2016 года.].

Выжившие в атомной бомбардировке жители Хиросимы и Нагасаки предоставили медикам первую возможность изучения острой лучевой болезни (ОЛБ) на большой выборке людей[127 - National Research Council, Health Risks from Exposure to Low Levels of Ionizing Radiation: BEIR VII Phase 2 (Washington, DC: National Academies Press, 2006), 141.]. Все выжившие стали субъектами проекта, растянувшегося более чем на 70 лет и создавшего универсальную базу данных по долгосрочному воздействию ионизирующей радиации на человека. Из тех, кто пережил взрыв в Нагасаки, 35 000 человек умерли в ближайшие сутки; заболевшие ОЛБ потеряли волосы за одну-две недели, затем у них начался кровавый понос и они умерли от инфекции и лихорадки[128 - Данные предоставлены Masao Tomonaga (head of the Atomic Bomb Disease Institute at Nagasaki University), цит. по: Gale and Lax, Radiation, 52–57.]. Еще 37 000 человек умерли в течение трех месяцев. Сравнимое число попавших под атомную бомбардировку прожило дольше, но спустя еще три года у них развилась лейкемия. К концу 1940-х годов эта болезнь станет первым видом рака, связанным с радиацией.

Воздействие ионизирующего излучения на неодушевленные предметы и на живых существ изучалось в конце 1950-х годов в ВВС США[129 - James Mahaffey, Atomic Awakening: A New Look at the History and Future of Nuclear Power (New York: Pegasus, 2009), 286–89 and 329–33. См. также: Dwayne Keith Petty, “Inside Dawson Forest: A History of the Georgia Nuclear Aircraft Laboratory,” Pickens County Progress, January 2, 2007, online at http://archive.li/GMnGk (http://archive.li/GMnGk).]. В рамках правительственной программы создания самолетов на атомной тяге компания Lockheed Aircraft построила 10-мегаваттный ядерный реактор с водяным охлаждением в подземной шахте в лесах Северной Джорджии. Нажатием кнопки реактор можно было поднять из защитного кожуха на уровень земли, подвергнув все в радиусе 300 м воздействию смертельной дозы радиации. В июне 1959 года этот реактор радиационного воздействия был выведен на полную мощность и впервые испытан, убив почти все живое в окрестностях объекта: насекомые падали в воздухе, мелкие животные и живущие на них и в них бактерии погибли (этот феномен назвали «моментальной таксидермией»). Воздействие на растения было различным: дубы пожухли, а трава-росичка странным образом не пострадала; больше всего досталось соснам. Изменения предметов, попавших в зону действия реактора, тоже казались загадочными: прозрачные бутылки с кока-колой стали коричневыми, приборы на транзисторах перестали работать, гидравлическая жидкость коагулировала до консистенции жевательной резинки, а резиновые шины стали твердыми как камень.

При этом, каким бы интенсивным ни было облучение человека ионизирующей радиацией, оно редко сопровождалось заметными ощущениями. Человек может купаться в гамма-лучах, способных убить его 100 раз, и ничего не ощущать при этом.

21 августа 1945 года, за две недели до того, как атомная бомба была сброшена США на Хиросиму, Гарри Даглян-младший, 24-летний физик, участвовавший в ядерном Манхэттенском проекте, проводил эксперимент на базе в Лос-Аламосе в штате Нью-Мексико[130 - По оценкам, общая доза, полученная Дагляном, составила 5100 миллизивертов (510 бэр). Jorgensen, Strange Glow, 111; James Mahaffey, Atomic Accidents: A History of Nuclear Meltdowns and Disasters: From the Ozark Mountains to Fukushima (New York: Pegasus Books, 2014), 57–60.]. Внезапно рука его дрогнула, и конструкция, которую он составил, – шар из плутония, окруженный брусками карбида вольфрама, – перешла в критическую фазу. Даглян увидел моментальную синюю вспышку и был поражен волной гамма-лучей и нейтронной радиации свыше 500 бэр. Он быстро разобрал установку и сразу обратился к врачам[131 - Коллега Дагляна по Лос-Аламосу Джоан Хинтон вспоминает, как отвозила его в больницу после того, как он вышел из здания. См.: Ruth H. Howes and Caroline L. Herzenberg, Their Day in the Sun: Women of the Manhattan Project (Philadelphia: Temple University Press, 1999), 54–55.]. Те не отметили никаких видимых симптомов, но радиация убила ученого с той же неотвратимостью, как если бы он шагнул под поезд. Двадцать пять дней спустя Даглян впал в кому и уже из нее не вышел – первый человек в истории, случайно погибший от близкого воздействия реакции ядерного распада. Газета The New York Times назвала причиной смерти ожоги, полученные в результате «аварии на производстве»[132 - “Atomic Bomb Worker Died ‘From Burns,’ ” New York Times, September 21, 1945. См. также: Paul Baumann, “NL Man Was 1st Victim of Atomic Experiments,” The Day, August 6, 1985.].

С самого начала ядерная энергетика стремилась выйти из тени своего военного прошлого. Первый ядерный реактор, собранный под трибунами заброшенного футбольного стадиона Университета Чикаго в 1942 году, стал наковальней Манхэттенского проекта, важнейшим первым этапом для наработки плутония-239. Этот делящийся материал требовался, чтобы выковать первое в мире атомное оружие. Последующие реакторы, построенные на полосе земли вдоль реки Колумбия в Хэнфорде, штат Вашингтон, были сооружены только для того, чтобы вырабатывать плутоний для атомных бомб растущего арсенала Соединенных Штатов. Военно-морские силы США выбрали конструкцию реактора, в дальнейшем использованную почти для всех гражданских энергетических станций в стране. Первая в США атомная станция для гражданских нужд была спроектирована по чертежам реактора для атомного авианосца.

СССР пошел по тому же пути. Первая советская атомная бомба – РДС-1, или «Изделие 501», как называли ее создатели, – была взорвана 29 августа 1949 года в казахстанских степях, на полигоне, расположенном в 140 км к северо-западу от Семипалатинска[133 - David Holloway, Stalin and the Bomb: The Soviet Union and Atomic Energy, 1939–1956 (New Haven, CT: Yale University Press, 1996), 213. Американскую предшественницу советской бомбы, взорванную в пустыне Хорнада дель Муэрто в штате Нью-Мексико в 1945 году, разработчики называли “the Gadget” («Гаджет»).]. Советский атомный проект, получивший кодовое название «Программа номер один», возглавил 46-летний физик с бородой спиритиста Викторианской эпохи Игорь Курчатов, в котором кураторы из НКВД отмечали скрытность и политическую неоднозначность[134 - Кузина С. Курчатов хотел узнать, из чего состоят звезды. И создал бомбы // Комсомольская правда. 10 января 2013 года (www.kp.ru/daily/26012.4/2936276 (http://www.kp.ru/daily/26012.4/2936276)).]. Первая советская бомба была точной копией бомбы «Толстяк» (Fat Man), за четыре года до того уничтожившей Нагасаки, и имела плутониевое ядро, произведенное на реакторе «А», или «Аннушка», построенном по образцу реакторов в Хэнфорде[135 - Хотя генерирующий реактор сначала планировался по горизонтальной схеме, как реакторы в Хэнфорде, в конечном итоге он основывался на вертикальной схеме советского инженера Николая Доллежаля (Holloway, Stalin and the Bomb, 183; Schmid, Producing Power, 45).].

Добиться успеха Курчатову помогли наличие нескольких глубоко внедрившихся в американский атомный проект советских шпионов и информация, содержавшаяся в изданной правительством США в 1945 году и успешно расходившейся книге «Атомная энергия для военных целей» (Atomic Energy for Military Purposes), которую тут же перевели в Москве[136 - Mahaffey, Atomic Awakening, 203. The full title of the book was Atomic Energy for Military Purposes: The Official Report on the Development of the Atomic Bomb Under the Auspices of the United States Government, 1940–1945. Русский перевод книги был напечатан тиражом 50 000 экземпляров и предоставлен советским ученым (Josephson, Red Atom, 24).]. Ядерные исследования были возложены на вновь сформированное Первое главное управление при СНК СССР и «атомное политбюро»[137 - Имеются в виду Первое главное управление (ПГУ) при СНК ССР и Специальный комитет при СМ СССР (ранее при СНК СССР). ПГУ было создано распоряжением Государственного комитета обороны СССР от 20 августа 1945 года «для создания в сжатые сроки ядерного оружия». – Прим. ред.] под надзором подручного Сталина Лаврентия Берии, возглавлявшего Народный комиссариат внутренних дел, предшественник КГБ[138 - В России Первое главное управление при СНК СССР называли «ПГУ». Roy A. Medvedev and Zhores A. Medvedev, The Unknown Stalin, translated by Ellen Dahrendorf (New York: I. B. Tauris, 2003), 133; Simon Sebag Montefiore, Stalin: The Court of the Red Tsar (New York: Knopf, 2004), 501–2.]. С самого начала советский ядерный проект развивался в условиях жестокой спешки и параноидальной секретности. К 1950 году в распоряжении Первого главного управления находились 700 000 человек, более половины из них заключенные, включая 50 000 военнопленных, работавших в том числе на урановых рудниках[139 - Medvedev and Medvedev, Unknown Stalin, 134 and 162.]. Когда сроки заключения этих мужчин и женщин подошли к концу, их посадили в товарные вагоны и отправили в ссылку на Крайнем Севере, чтобы они не смогли никому рассказать, чему стали свидетелями. Многих никогда больше не видели. Когда команда Курчатова добилась успеха, Берия вознаградил их – в той же пропорции, которую предназначал им в случае неудачи[140 - Holloway, Stalin and the Bomb, 218–19.]. Те, кого он приказал бы расстрелять немедленно, – Курчатов и Николай Доллежаль, автор проекта реактора «Аннушка», – вместо этого были удостоены звания Героя Социалистического Труда, дач, персональных автомобилей и денежных премий. Те же, кого ждали максимальные тюремные сроки, вместо этого получили вторую по значимости награду – ордена Ленина.

К тому времени как «Изделие» было испытано, Курчатов решил создать реактор для выработки электричества. В 1950 году во вновь построенном закрытом городе Обнинске в двух часах езды на юго-запад от Москвы та же группа, которая построила «Аннушку», принялась за работу над новым реактором, предназначенным для превращения воды в пар и вращения турбины. Ресурсов не хватало, и некоторые участники ядерной программы считали, что от энергетического реактора не будет практической пользы. Берия дал разрешение на этот проект исключительно благодаря заслугам Курчатова как отца бомбы[141 - Там же, 347.]. И только в конце 1952 года власть признала перспективность ядерной энергетики, сформировав для создания реакторов Научно-исследовательский и конструкторский институт энергетических технологий (НИКИЭТ)[142 - Josephson, Red Atom, 20–26.].

На следующий год СССР испытал первое термоядерное устройство – в тысячу раз более разрушительную, чем атомная, водородную бомбу. Теперь в мире появились две ядерные сверхдержавы – США и СССР, теоретически способные уничтожить человечество[143 - Galeand Lax, Radiation, 48.]. Даже Курчатов был потрясен мощью нового оружия, которое превращало поверхностный слой земли в стекло в радиусе 5 км от эпицентра взрыва[144 - Holloway, Stalin and the Bomb, 307 and 317.]. Не прошло и четырех месяцев, как президент США Дуайт Эйзенхауэр выступил с речью «Атомы для мира» перед Генеральной Ассамблеей ООН. Отчасти это была попытка успокоить американское общество, перед которым открылась перспектива апокалипсиса[145 - Stephanie Cooke, In Mortal Hands: A Cautionary History of the Nuclear Age (New York: Bloomsbury, 2010), 106–11.]. Эйзенхауэр призвал страны к глобальному сотрудничеству, чтобы сдержать начинающуюся гонку вооружений и направить силу атома на благо человечества. Он предложил созвать международную конференцию для рассмотрения этих вопросов. Никто особенно не удивился, когда СССР публично отверг эту идею, объявив ее пустой пропагандой[146 - Josephson, Red Atom, 173.].

Однако в августе 1955 года Международная конференция ООН по мирному использованию атомной энергии все же собралась в Женеве, и советская делегация туда прибыла. Это был первый случай за 20 лет, когда советским ученым было разрешено общаться с иностранными коллегами, и они нанесли свой пропагандистский удар[147 - Cooke, In Mortal Hands, 113.]. Было объявлено, что 27 июня прошедшего года в СССР к московской энергосети успешно подключили обнинский реактор АМ-1.

Первый в мире ядерный реактор, вырабатывавший электричество в гражданских целях, в СССР окрестили «Атомом Мирным-1» (АМ-1). До пуска первой американской АЭС в Шиппингпорте, штат Пенсильвания, оставалось два года. Расположенный в причудливом здании с высокой трубой, напоминавшем шоколадную фабрику, АМ-1 давал всего 5 мегаватт энергии. Этого хватило бы от силы для того, чтобы привести в движение локомотив, однако обнинский реактор символизировал способность социалистической системы поставить ядерную энергию на благо человечества[148 - Schmid, Producing Power, 97.]. Рождение советской ядерной энергетики положило начало новому противостоянию – технологической холодной войне между сверхдержавами.

Вскоре после смерти Сталина в 1953 году Берия был арестован, заключен в тюрьму и расстрелян[149 - Montefiore, Stalin, 652.]. Первое главное управление переформировали и переименовали[150 - Schmid, Producing Power, 45 and 230n29.]. Теперь вопросами атомной энергии – от добычи урана до испытаний бомб – занималось Министерство среднего машиностроения, сокращенно Минсредмаш или просто Средмаш. Новый премьер Никита Хрущев положил конец эпохе сталинских репрессий, либеральнее относился к искусствам, поддерживал развитие высоких технологий и обещал к 1980 году построить в СССР коммунизм – утопию вроде Шангри-Ла[151 - Поселение в горах, рай на Земле из романа-утопии Джеймса Хилтона «Потерянный горизонт» (Lost Horizоn) и одноименного фильма Фрэнка Капры (1937). – Прим. пер.], гарантирующую трудящимся равенство и изобилие[152 - Josephson, Red Atom, 11.]. Чтобы модернизировать экономику и крепче удерживать власть, Хрущев выступал за освоение космоса и развитие ядерных технологий.

В успехе АМ-1 советские физики и их партийные боссы увидели панацею, которая, наконец, поможет СССР освободиться от ограничений прошлого и продвинуться в светлое будущее[153 - Там же, 4–5.]. Людям, все еще восстанавливавшим разрушенную войной страну, обнинский реактор наглядно демонстрировал, что СССР может быть мировым технологическим лидером в интересах обычных граждан, принося свет и тепло в их дома. Физики, работавшие на АМ-1, получили Ленинскую премию, энергию атома воспевали в журнальных статьях, фильмах и радиопередачах, в школах детям рассказывали об основах ядерной энергетики и о мирных целях советской ядерной программы в отличие от милитаристских устремлений США[154 - Paul Josephson, “Rockets, Reactors, and Soviet Culture,” in Loren Graham, ed., Science and the Soviet Social Order (Cambridge, MA: Harvard University Press, 1990), 174.]. По словам историка Пола Джозефсона, ученые-ядерщики стали «почти мифологическими фигурами в пантеоне советских героев» – наряду с космонавтами и павшими героями Великой Отечественной войны[155 - Josephson, Red Atom, 11].

Однако маленький реактор в Обнинске был не тем, чем казался на первый взгляд[156 - Там же, 25. Schmid, Producing Power, 45.]. Его конструктивные особенности были заточены не на выработку электричества, а для быстрого и дешевого производства оружейного плутония. Реактор начинала строить та же команда Минсредмаша, которая создала «Аннушку», но коррозия материалов, утечки радиации и ненадежность инструментов помешали им завершить задачу. В основу АМ легли технологии, разработанные для атомных подводных лодок, и только когда идея была сочтена непрактичной, кодовое название АМ – «Атом Морской» – заменили на более невинное[157 - Там же, 46.].

Родовой особенностью этого реактора была нестабильность работы[158 - Josephson, Red Atom, 26–27.].

В ядерном оружии огромное число ядер атомов урана распадается в доли секунды, высвобождая всю свою энергию в разрушительной вспышке огня и света. В реакторе процесс деления должен быть управляемым и осторожно поддерживаемым в течение недель, месяцев и даже лет. Для этого требуются три компонента: замедлитель, стержни управления и охладитель.

Простейшая форма ядерного реактора не требует никакого оборудования вообще. Если имеется нужное количество урана-235 в присутствии замедлителя нейтронов – воды или графита, начинается самоподдерживающаяся цепная реакция с выделением ядерной энергии в виде тепла. Некогда комбинация обстоятельств, необходимых для такого события, – критичность – спонтанно возникла на территории современного государства Габон, в древних подземных залежах урана, где замедлителем служили грунтовые воды[159 - Evelyn Mervine, “Nature’s Nuclear Reactors: The 2-Billion-Year-Old Natural Fission Reactors in Gabon, Western Africa,” Scientific American, July 13, 2011.]. Там самоподдерживающаяся цепная реакция началась 2 млрд лет назад, производя небольшие количества тепловой энергии – в среднем около 100 киловатт (достаточно, чтобы зажечь 1000 стоваттных лампочек), и безостановочно продолжалась миллион лет, пока вода не выкипела от тепла распада.

Но для генерации энергии в ядерном реакторе поведение нейтронов необходимо контролировать, чтобы обеспечить постоянство реакции и использовать тепловую энергию деления для получения электричества. В идеале каждая отдельная реакция деления должна запускать лишь одно следующее деление в соседнем атоме, так что каждое последующее поколение нейтронов должно содержать то же самое их число, что и поколение до него, и реактор должен оставаться в том же критическом состоянии.

Если каждое деление не создает столько же нейтронов, как предыдущее, реактор переходит в субкритическое состояние, цепная реакция ослабевает и со временем останавливается, реактор «глохнет». Если же каждое поколение нейтронов приносит более одного деления, цепная реакция может начать расти слишком быстро – к потенциально неуправляемой сверхкритичности и внезапному значительному выбросу энергии, как это происходит в ядерном оружии. Поддержание стабильного состояния между этими двумя крайностями – тонкая задача. Первым инженерам-ядерщикам пришлось создать инструменты для овладения силами, опасно близкими к пределам человеческих возможностей управления.

Масштаб субатомной активности внутри ядерного реактора, микроскопической и невидимой, трудно воспринять: генерация электрической мощности в 1 ватт требует деления 30 млрд ядер атомов в секунду[160 - Ray L. Lyerly and Walter Mitchell III, Nuclear Power Plants, rev. ed. (Washington, DC: Atomic Energy Commission, 1973), 3; Bertrand Barrе, “Fundamentals of Nuclear Fission,” in Gerard M. Crawley, ed., Energy from the Nucleus: The Science and Engineering of Fission and Fusion (Hackensack, NJ: World Scientific Publishing, 2016), 3.]. Около 99 % нейтронов, выбрасываемых при одном событии деления, являются частицами высокой энергии – «быстрыми» нейтронами, вылетающими со скоростью 20 000 км/с. Быстрые нейтроны ударяют своих соседей и вызывают последующее деление, продолжая цепную реакцию в среднем в течение всего 10 наносекунд. Этот отрезок времени остроумцы американского Манхэттенского проекта измеряли в «шейках»[161 - Шейк (shake) – неофициальная единица времени, придуманная ядерщиками и равная 10 наносекундам или 10

секундам. – Прим. пер.] от английского выражения «two shakes of a lamb’s tail», «два дрожания хвоста ягненка». Он слишком краток, чтобы в течение него можно было управлять какими-либо механическими средствами[162 - Chuck Hansen, U. S. Nuclear Weapons: The Secret History (Arlington, TX: Aerofax, 1988), 11.]. К счастью, среди оставшегося 1 % нейтронов, высвобождаемых каждым распадом, есть меньшинство, испускаемое в более доступных человеку временны?х рамках, которые измеряются секундами или даже минутами[163 - World Nuclear Association, “Physics of Uranium and Nuclear Energy,” updated February 2018, https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/introduction/physics-of-nuclear-energy.aspx; Robert Goldston and Frank Von Hippel, интервью автору книги, 2018 год.]. Существование этих запаздывающих нейтронов, появляющихся достаточно медленно, чтобы ими мог управлять человек, и делает возможной работу ядерного реактора.

Плавно управлять нарастанием цепной реакции позволяют электромеханические стержни, содержащие такие поглощающие нейтроны элементы, как борид кадмия или карбид бора. Они действуют как «атомные губки», впитывая и удерживая запаздывающие нейтроны, предотвращая запуск дальнейшего деления[164 - Goldston and Von Hippel, интервью автору книги, 2018 год.]. Когда стержни вставлены в реактор полностью, активная зона реактора остается в субкритическом состоянии. По мере их вытаскивания деление медленно нарастает, пока реактор не становится критическим – затем он может быть оставлен в этом состоянии и регулироваться по необходимости. Вытаскивание стержней выше или в большем числе увеличивает реактивность и количество вырабатываемого тепла и энергии, введение дает противоположный эффект. Но работа с реактором с использованием только этой части в менее чем 1 % всех нейтронов деления делает процесс управления очень чувствительным: если стержни выдвигаются слишком быстро, слишком далеко – или не срабатывает одна из нескольких защитных систем, – реактор может захлебнуться от делений и его состояние станет «надкритическим». Результатом будет авария, катастрофический сценарий, при котором случайно запускается процесс, схожий с тем, что происходит в атомной бомбе, и неконтролируемый выброс энергии нарастает, пока активная зона реактора не расплавится – или не взорвется.

Для выработки электричества урановое топливо внутри реактора должно разогреться достаточно для того, чтобы превращать воду в пар, но не настолько, чтобы само топливо начало плавиться[165 - Первым реактором в Соединенном Королевстве был GLEEP (Graphite Low Energy Experimental Pile), который начал работать в Харвелле, Оксфордшир, в 1947 году. В США первый экспериментальный реактор на кипящей воде был создан в Национальной лаборатории Аргонн в 1956 году. См.: “Nuclear Development in the United Kingdom,” World Nuclear Association, October 2016; и “Boiling Water Reactor Technology: International Status and UK Experience,” Position paper, National Nuclear Laboratory, 2013.]. Для этого, помимо стержней управления и нейтронного замедлителя, нужен охладитель для отвода избыточного тепла из реактора. Первые реакторы, построенные в Великобритании, использовали графит в качестве замедлителя и воздух как охладитель; позднее коммерческие американские модели использовали кипящую воду и как замедлитель, и как охладитель. У обоих конструкций имелись выраженные риски и преимущества. Вода не горит, но превращение ее в пар под давлением может вызвать взрыв. Графит не взрывается, но загорается при высоких температурах. Первые советские реакторы, скопированные с образцов Манхэттенского проекта, использовали и графит, и воду[166 - Frank N. Von Hippel and Matthew Bunn, “Saga of the Siberian Plutonium-Production Reactors,” Federation of American Scientists Public Interest Report, 53 (November/December 2000), https://fas.org/faspir/v53n6.htm (https://fas.org/faspir/v53n6.htm); Von Hippel and Goldston, author interview, 2018.]. Это была рискованная комбинация: замедлитель, который при высоких температурах яростно горит (графит), и взрывоопасный охладитель (вода)[167 - Mahaffey, Atomic Awakening, 206–7.].

Три соревнующиеся между собой команды физиков дали начальные предложения для того, что стало затем реактором АМ-1[168 - Josephson, Red Atom, 25; Schmid, Producing Power, 102.]. Первая предложила разрабатывать водно-графитовый вариант, вторая – использовать графит как замедлитель и гелий как охладитель, третья – попробовать в качестве замедлителя берилл. У советских инженеров, занимавшихся установками по производству плутония, было больше опыта в работе с водно-графитовыми реакторами[169 - Holloway, Stalin and the Bomb, 347.]. Кроме того, последние были дешевле и проще в строительстве. Поэтому у менее разработанных (и потенциально более безопасных) решений просто не было шансов[170 - Josephson, Red Atom, 56.].

Только на поздних этапах строительства АМ-1 физики в Обнинске обнаружили рискованное место проекта: протечка охлаждающей воды на горячий графит могла привести не только к взрыву и радиоактивному выбросу, но и к аварии реактора[171 - Там же, 27.]. Запуск АМ-1 неоднократно откладывали, разрабатывая системы безопасности, способные решить эту проблему. Но, когда в июне 1954 года АМ-1 вышел наконец на критический режим, оставался еще один принципиальный недостаток, который так и не устранили: феномен, известный как положительный паровой (пустотный) коэффициент реактивности.

При нормальной работе все охлаждаемые водой водно-графитовые ядерные реакторы содержат некоторое количество пара, циркулирующего в активной зоне и образующего в жидкости пузыри или «пустоты»[172 - “RBMK Reactors,” World Nuclear Association, June 2016, https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/appendices/rbmk-reactors.aspx (https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/appendices/rbmk-reactors.aspx).]. Вода более эффективно замедляет нейтроны, чем пар, поэтому число пузырьков пара в воде влияет на реактивность активной зоны. В водо-водяных реакторах, где вода используется и как замедлитель, и как охладитель, по мере нарастания объема пара замедляется меньше нейтронов и реактивность падает. Если пара образуется слишком много (или если охладитель вытекает полностью), цепная реакция останавливается и реактор глохнет. Отрицательный паровой коэффициент срабатывает как автоматический размыкатель, «рукоятка мертвеца»[173 - «Рукоятка мертвеца» (dead man’s handle) – рычаг, который машинист удерживает, чтобы локомотив двигался, и который в случае смерти машиниста останавливает поезд. – Прим. пер.], важное условие безопасности водо-водяных реакторов, распространенных на Западе[174 - Сейчас в России действуют 20 энергоблоков с водо-водяными реакторами (ВВЭР), из них 13 – с канальными реакторами и 2 – с реакторами на быстрых нейтронах. За рубеж экспортируются только новейшие российские энергоблоки с водо-водяными реакторами. – Прим. науч. ред.].

Но в водно-графитовых реакторах, каковым был АМ-1, все происходит противоположным образом. По мере разогрева реактора и превращения все большего количества воды в пар графитный замедлитель продолжает выполнять свою функцию, как и ранее. Цепная реакция продолжает нарастать, вода нагревается сильнее, и еще большее ее количество становится паром. Пар, в свою очередь, поглощает меньше и меньше нейтронов, и цепная реакция продолжает ускоряться в петле обратной связи растущей мощности и температуры. Чтобы остановить или замедлить процесс, операторы должны вдвигать управляющие стержни. Если они по какой-либо причине откажут, реактор станет неуправляемым, расплавится или взорвется. Этот положительный паровой коэффициент[175 - Правила ядерной безопасности запрещали и запрещают иметь такую положительную обратную связь, работа РБМК имеет в этой части отступления, компенсируемые специальными организационно-техническими процедурами. – Прим. науч. ред.] оставался фатальным свойством реактора АМ-1 и угрозой для работы каждого последующего советского водно-графитового реактора.

20 февраля 1956 года Игорь Курчатов впервые появился перед публикой. Более десяти лет, с 1942 года, отец советской атомной бомбы был окружен завесой государственной тайны, работая в засекреченных лабораториях Москвы и Обнинска и на полигонах в Казахстане. Теперь он стоял перед делегатами XX съезда КПСС в Москве и рассказывал о фантастических перспективах СССР, который получит ядерную энергию[176 - Игорь Васильевич Курчатов в воспоминаниях и документах / Под ред. Ю. Н. Смирнова. М.: Издательство института Курчатова, 2004. С. 466–471.]. В короткой зажигательной речи Курчатов рисовал впечатляющую картину строительства новейших реакторов и футуристической Коммунистической империи, просторы которой будут бороздить корабли, поезда и самолеты на атомной тяге. Он предсказывал, что дешевое электричество вскоре придет в каждый уголок Союза. Он обещал, что всего через четыре года ядерный потенциал страны достигнет 2 млн киловатт – в 400 раз больше, чем производила станция в Обнинске.

Для реализации этого захватывающего замысла Курчатов – назначенный главой Института атомной энергии – убедил руководство Средмаша построить четыре различных прототипа реакторов[177 - Гончаров В. В. Первый период развития атомной энергетики в СССР // История атомной энергии / Под ред. Сидоренко. С. 19. Schmid, Producing Power, 20.]. Из них он надеялся выбрать конструкцию, которая ляжет в основу советской ядерной отрасли. Но сначала нужно было завоевать расположение экономических бонз Госплана, которые контролировали распределение ресурсов в СССР[178 - Schmid, Producing Power, 22 и 26–27.]. Отдел энергетики и электрификации Госплана определял все – начиная с сумм, которые будут выделены на строительство каждой станции, и заканчивая количеством электроэнергии, которое она должна вырабатывать по завершении строительства. В Госплане мало интересовались идеологией, престижем страны или триумфом социалистических технологий. Там добивались рациональной экономики и ощутимых результатов.

И на Западе, и в СССР заявления ученых о том, как атомная энергия уже скоро и без особых затрат составит конкуренцию традиционной электроэнергетике, основывались на ничем не обоснованных иллюзиях: «электричество будет таким дешевым, что его даже не нужно будет измерять» (too cheap to meter)[179 - Эта скандально известная фраза была сказана в сентябре 1954 года Льюисом Штрауссом, председателем Комиссии США по атомной энергии, в его речи перед Национальной ассоциацией научных писателей. Thomas Wellock, “ ‘Too Cheap to Meter’: A History of the Phrase,” United States Nuclear Regulatory Commission Blog, June 3, 2016.]. Но энтузиасты развития атомной энергетики в СССР не могли рассчитывать на доходы от продажи акций или на рыночные инвестиции. Экономика была не на их стороне: расходы на строительство каждого ядерного реактора были колоссальными, в то время как СССР был богат ископаемыми углеводородами – особенно в Сибири, где находили все новые месторождения нефти и газа.

И все же гигантские размеры и неразвитость инфраструктуры Советского Союза были аргументами в пользу атомной энергии[180 - Schmid, Producing Power, 22.]. Ученые напоминали, что сибирские месторождения расположены за тысячи километров от тех регионов, где они востребованы, ведь основная часть населения и производственного потенциала располагались в западной части страны. Транспортировать сырье или электроэнергию на такие расстояния было дорого и неэффективно. Кроме того, главные конкуренты атомных станций – гидроэлектростанции – требовали затопления огромного количества ценных сельскохозяйственных площадей. АЭС, пусть и дорогие в строительстве, оказывали незначительное воздействие на окружающую среду, мало зависели от природных ресурсов, их можно было строить рядом с крупными городами с их производствами, и в перспективе они могли давать огромное количество электроэнергии.