Первому пульсирующему реактору – 40 лет

Вначале было слово... В конце 1955 года в ФЭИ (Обнинск) проходил семинар, на котором обсуждалась работа американцев по исследованию зависимости сечения деления урана-235 от энергии нейтронов. В этом эксперименте использовался вращающийся синхронно с прерывателем пучка диск, с нанесенным на него слоем урана, и измерялась возникшая радиоактивность урана на ободе колеса.

“Вдруг Д.И. (Д. И. Блохинцев, в то время директор ФЭИ - авторы) поднимает руку и вещает: а что, если часть активной зоны реактора закрепить на ободе такого диска, да так, чтобы при каждом обороте эта часть проходила вблизи неподвижной зоны и создавала бы кратковременно сверхкритическую массу?”. Так вспоминает начало работы над проектом импульсного быстрого (вернее, - на быстрых нейтронах) реактора - ИБР один из разработчиков теории этого реактора Ю. Я. Стависский. Другим участником проектирования ИБР стал И. И. Бондаренко - талантливый физик, замдиректора ФЭИ.

В середине 1956 года Д. И. Блохинцеву предложили возглавить организуемый в Дубне международный институт, и он поставил перед министром Е. П. Славским, отвечавшим за создание ОИЯИ, условие: принять решение о сооружении в Дубне новой установки - ИБР. Для развертывания физических исследований на этом реакторе была образована Лаборатория нейтронной физики, а ее директором был избран И. М. Франк... “Колесо” закрутилось.

Воспользуемся текстом доклада И. М. Франка на IX сессии Ученого совета ОИЯИ (ноябрь 1960 г.), посвященного итогам пусковых работ на первом импульсном реакторе ЛНФ. Теперь удивляет свершившееся: от слова до дела - воплощения идеи в “материю” - потребовалось всего три года. В работе по проектированию ИБР участвовали также другие сотрудники ФЭИ - Ю. А. Блюмкина, В. П. Зиновьев, Н. В. Краснояров, Ф. И. Украинцев – под научным руководством О. Д. Казачковского. Строительство реактора потребовало решения многих инженерных задач, в том числе создания машины, обеспечивающей быстрые повторяющиеся изменения реактивности. Такая машина была сконструирована, изготовлена и испытана за три месяца в Центральном институте авиамоторостроения. Реактор оснащался различными оригинально сконструированными устройствами, обеспечивающими плавную регулировку его реактивности. Впервые была разработана аппаратура, позволяющая контролировать мощность реактора в импульсном режиме. Во всей этой работе принимали участие многие проектные учреждения, институты и заводы Министерства среднего машиностроения, ныне Минатома РФ. Основными участниками этих работ были Г. Е. Блохин, В. А. Бочковский, И. С. Головнин, Б. В. Крутиков, П. М. Назаров, В. М. Лебедев, В. А. Малых, В. И. Орлов, А. С. Займовский.

К концу 1959 г. завершилось строительство здания реактора, корпуса управления, измерительных павильонов с нейтроноводами от 100 до 1000 метров. Прорабом на стройке был В. Л. Карповский - будущий административный директор ОИЯИ. К этому времени были проведены критсборки и экспериментально оценены основные параметры ИБР - критмасса, зависимость реактивности от положения подвижной части зоны относительно неподвижной и тем самым уточнена ожидаемая ширина нейтронного импульса.

Большой объем работ по подготовке реактора к пуску был выполнен и сотрудниками ЛНФ под руководством главного инженера С. К. Николаева. Значительный вклад внесен инженерами Б. Н. Дерягиным, Б. Н. Буниным, А. К. Поповым, Б. Е. Лощиловым, С. А. Квасниковым, В. М. Назаровым, В. Д. Ананьевым. Вклад в уточнение теории реактора и выполнение пусковых работ внес Ким Хен Бон (КНДР), необходимые расчеты были выполнены В. Н. Ефимовым и Е. П. Шабалиным. В пусковых работах участвовали китайские инженеры Ван Ши-ди, Чень Те-юн, Цзен Най-гун.

Пуск ИБР состоялся 23 июня 1960 года. Этот день, без сомнения, ярко живет в памяти всех его участников. Руководитель пуска Ю. Я. Стависский часто прибегал из пультовой на второй этаж к временному анализатору, чтобы своими глазами увидеть, что происходит с формой нейтронного импульса. Ширина импульса волнующе сокращалась по мере повышения реактивности. На пульте находился Д. И. Блохинцев, болея за свое детище. Вечером реактор достиг критического состояния в импульсном режиме - пуск состоялся!

В испытаниях ректора участвовали физики под руководством Ф. Л. Шапиро: Ю. С. Язвицкий, В. И. Лущиков, Г. С. Самосват, А. Б. Попов. В июле реактор был выведен на проектную мощность 1 кВт, ширина нейтронного импульса составила 36 мксек и была близкой к значению, оцененному после критсборок.

Физики с первых дней работы ИБР начали проведение подготовленных экспериментов. Программа научных исследований на пучках реактора формировалась с момента появления первых физиков в штате ЛНФ в 1957 году. Огромный вклад в ее содержание и развитие внес, кроме И. М. Франка, Ф. Л. Шапиро. Группы Л. Б. Пикельнера и Ю. С. Язвицкого исследовали сечения взаимодействия нейтронов с ядрами и свойства проявляющихся в них резонансов. Был выполнен цикл таких исследований для большого числа изотопов, не изученных ранее. Уже в 1961 году в Дубне было проведено совещание, на котором обсуждались первые результаты исследований на ИБР. И сегодня продолжаются измерения, необходимые в прикладных целях для расширения базы нейтронных данных.

При участии группы польских сотрудников под руководством E. Яника и В. В. Голикова развернулись исследования по физике конденсированных сред. По предложению Ф. Л. Шапиро В. И. Лущиков, Ю. В. Таран и супруги Драгическу создали первую в мире установку для поляризации нейтронов путем пропускания пучка через мишень с поляризованными протонами. На этой установке В. П. Алфименков с коллегами исследовали спины резонансов и спиновые эффекты в полных сечениях.

При проведении нейтронно-спектрометрических исследований стало ясно, что прекрасная по интенсивности установка ИБР может быстро потерять свое преимущество в сравнении со спектрометрами на базе ускорителей, имевшими более короткие длительности нейтронных импульсов. Поэтому уже в начале 60-х годов было принято решение дополнить ИБР электронным ускорителем и использовать его зону как размножитель нейтронов, рождаемых в вольфрамовой мишени короткими импульсами электронов. Такой бустерный режим был реализован в 1965 году с помощью микротрона, запущенного усилиями И. М. Маторы, П. С. Анцупова и Р. В. Харьюзова. К 1969 году ИБР был реконструирован (его мощность была повышена примерно в 30 раз), а микротрон был заменен на более сильноточный линейный ускоритель, - так родилась действующая до настоящего времени установка ИБР-30+ЛУЭ-40. Основным создателям этой установки в 1971 году была присуждена Государственная премия.

Все прошедшие годы на ИБР активно проводились исследования в области нейтронной ядерной физики и физики конденсированных сред. Ю. П. Попов и И. Квитек начали исследования редких реакций в нейтронных резонансах, в которых участвовали многие физики из стран-участниц ОИЯИ и которые продолжаются и в наши дни. В 1968 году были впервые зарегистрированы ультрахолодные нейтроны (со скоростями около 5 м/с) – УХН, обладающие уникальной способностью храниться в замкнутых сосудах. После открытия ультрахолодных нейтронов проведены многочисленные исследования их свойств. Не все загадки этих нейтронов поняты до настоящего времени, но именно с помощью УХН получено самое точное значение времени жизни нейтрона.

В ЛНФ впервые измерены магнитные моменты компаунд-состояний, что потребовало изобретательности в наблюдении очень слабых смещений нейтронных резонансов. Позже выполнены пионерские исследования по изучению резонансного усиления эффектов несохранения пространственной четности, стимулировавшие аналогичные исследования в других лабораториях мира. Эти исследования привели к новому направлению по изучению Р-четных и нечетных корреляций во взаимодействии поляризованных нейтронов с ядрами или неполяризованных нейтронов с поляризованными ядрами.

Большой цикл работ выполнен по изучению упругого рассеяния нейтронов на разных ядрах, приведший к экспериментальному подтверждению проявления спин-орбитального взаимодействия в нейтронных сечениях. Многие годы проводятся разносторонние исследования по физике деления тяжелых ядер, способствовавшие развитию теоретического описания этого сложного процесса. На пучках первого ИБР отрабатывались методики для исследований свойств конденсированных сред с помощью нейтронов, в том числе дифракционная и малоуглового рассеяния, выполнены исследования воздействия сильных магнитных полей на дифракцию. Успешно в этом направлении работали Ю. М. Останевич, И. Натканец, А. М. Балагуров, Р. Михалец и многие другие.

В газетной заметке нет возможности рассказать о всех научных успехах и о тех, кто их добился, о труде многих и многих сотрудников лаборатории, работающих в отделе электроники, в технологических отделах, КБ и мастерских, обеспечивших эксплуатацию реактора и ускорителя, создание физических установок и проведение экспериментов. А ведь были и неудачи, которые тоже имели значение для накопления наших знаний.

Ученые из разных стран работали в ЛНФ, участвовали в экспериментах и создании экспериментальных установок, электронных устройств к ним, программного обеспечения. У отдела физики ядра обширнейшие многолетние научные связи со многими зарубежными и российскими лабораториями. Регулярные школы по нейтронной физике были интересными и содержательными, привлекали много участников. Восьмой год подряд ЛНФ проводит в Дубне международный семинар по взаимодействию нейтронов с ядрами, на который с возрастающим интересом приезжают коллеги из стран-участниц ОИЯИ, из дальнего зарубежья, из институтов России. И каждый раз значительную долю докладов представляют физики ЛНФ. Наши специалисты - желанные соучастники исследований в Гренобле и Дармштадте, Пекине и Лос Аламосе, в Геле и Юлихе.

Мир не стоит на месте, все течет и меняется, кто-то и что-то стареет, уходит навсегда. Постарел и первый ИБР, медленно, но (надеемся!) верно реализуется проект создания нового современного источника резонансных нейтронов - ИРЕН. Введение в строй нового источника вместо честно отслужившего свои сорок лет ИБР улучшит разрешающую способность нейтронного спектрометра в 10 раз и в два раза повысит интенсивность. Часть актуальных исследований можно будет продолжить в существенно лучших условиях, появятся возможности начать новые эксперименты, которые невыполнимы при нынешних параметрах пучков на ИБР-30. Главное – действует жизнеспособный научный коллектив, имеется поддержка в виде разных грантов, участия международных коллабораций и заключенных контрактов, видны перспективы - научные и методические. Ряды солидных “мужей науки”, пришедших работать на первый ИБР, укрепила талантливая молодежь, готовая нести эстафету дальше, - была бы только дорожка. Дорожка - это ИРЕН плюс неординарные усилия руководства Института, чтобы помочь молодежи, принявшей эстафету, не сходить с дистанции в поисках средств для нормальной жизни.

Прошлое ИБР и нейтронной физики состоялось. Наша общая забота – пусть состоится будущее!