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]. 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]. Это была рискованная комбинация: замедлитель, который при высоких температурах яростно горит (графит), и взрывоопасный охладитель (вода)[167].
Три соревнующиеся между собой команды физиков дали начальные предложения для того, что стало затем реактором АМ-1[168]. 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]. Кроме того, последние были дешевле и проще в строительстве. Поэтому у менее разработанных (и потенциально более безопасных) решений просто не было шансов[170].
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]. 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]. 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], важное условие безопасности водо-водяных реакторов, распространенных на Западе[174].
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] 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]. 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]. 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]. 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]. 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]. 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.
