Неласковый май 1986-го

2 или 3 мая 1986 года мы возвращались с похорон Светы, распределившейся после факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ меньше года назад в лабораторию А.Н. Старостина. Тогда его команда занималась спецтематикой. Дело было сугубо закрытое, и даже в соседней лаборатории мы понятия не имели об этой деятельности. Только как-то раз меня пригласил А. Н. Старостин к Л. П. Феоктистову, который тогда опекал данную тематику, уже уйдя из Снежинска в Курчатовский институт заместителем директора по спецтематике. Разговор шел о теме моего университетского диплома и кандидатской диссертации — гамма-лазере. До сих пор помню какие-то неуверенные свои объяснения по механизму генерации в гамма-лазере, так называемому сверхизлучению Дикке. Хотя, собственно, моя первая научная работа, еще студенческая, была именно этому и посвящена. Как-то меня заклинило. Почему-то меня смущал Лев Петрович.

Причина была. Сверхизлучение для систем с размерами меньше длины волны излучения было придумано Дикке. Еще в 50-х годах XX века. Тогда я еще пешком под стол ходил. Для протяженных иглообразных систем ядер с длиной волны гамма-квантов 10–9 сантиметров, то есть меньше размеров межатомных расстояний, картина физически неочевидна. И, собственно, мой скромный вклад в эту студенческую работу был скорее математическим. А исходная постановка принадлежала Толику Андрееву — рассмотреть сверхизлучение в плоской геометрии в условиях брэгговской дифракции. Короче, это длинная история. Подспудно меня смущало, что в то время я был увлечен своей идеей насчет изомерной бомбы. Догадываясь, чем занимаются Старостин и Феоктистов, я чувствовал себя как-то неуютно. Внутренняя дисциплина мешала рассказать о моих изомерных идеях. А, видно, хотелось. Эту идею я, по-моему, обсуждал только с Большовым. И никак не могу вспомнить, когда докладывал ее Ю.Б.Харитону — до этого обсуждения или после.

Спустя многие годы я прочитал его автобиографическую книгу «Оружие, которое себя исчерпало». Из нее узнал много интересного об этом потрясающем человеке и талантливом теоретике, немало сделавшем для развития нашего ядерного оружия. Прояснить ситуацию помог Старостин, по ходу вникавший в мои путаные объяснения. Короче, перевел мой лепет в ясную картину. До сих пор осталось ощущение стыда от моих невнятных объяснений того, что я весьма неплохо понимал. Феоктистов, видно, не удовлетворился услышанным, попросил сделать ему подборку работ — моих и других авторов — по гамма-лазеру в части механизма генерации. Возможно, ему механизм сверхизлучения показался интересным по сравнению с обычным вынужденным однопроходным усилением с точки зрения уменьшения расходимости излучения. Поскольку, как стало понятно позже, расходимость излучения рентгеновского лазера с ядерной накачкой велика. Что делало идею этого оружия для сбивания ракет малоэффективной [13]. А может, надо было дать заключение на какую-то попытку наших или американских ученых продать военным в качестве лучевого оружия гамма-лазер. На этом меня отпустили. Ну, это так.

В общем, Света участвовала в расчетных работах по спецтематике. Что-то в ее жизни случилось. И она приняла смертельную дозу снотворного. Настроение у всех было тяжелое. Трудно было забыть улыбающуюся, застенчивую Свету. Видеть убитых горем родителей. Хоронили ее в Обнинске, где она и жила с ними.

После поминок отправились на электричке в Москву. Кто-то из ребят обратил внимание, что двое мужчин с дозиметрами обмеряют прибывающих на платформу пассажиров. Мы были в недоумении. На вопрос: «В чем дело?» — дозиметристы буркнули что-то невнятное. Тогда мне и в голову не пришло, что это начало нашей чернобыльской эпопеи.

Путь в Чернобыль. День первый

Наша группа подключилась к работам по ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС 5 мая 1986 года. Уже на первом заседании Правительственной комиссии обсуждался вопрос о том, что существует опасность теплового разрушения или плавления строительных конструкций ядерным топливом разрушенного 4-го блока. Вопрос, который академик Е. П. Велихов, выехавший в Чернобыль тремя сутками раньше, поставил перед нашими руководителями А.М.Дыхне и Л.А.Большовым, звучал следующим образом: существует ли опасность теплового разрушения или плавления строительных конструкций ядерным топливом, оставшимся в шахте реактора 4-го блока Чернобыльской АЭС, и возможно ли, таким образом, проникновение больших массивов высокорадиоактивного топлива в подреакторные помещения, проплавление фундаментной плиты и попадание его в грунт и грунтовые воды? Если да, то какие меры необходимо принять, чтобы с гарантией предотвратить проникновение топлива в грунт?

Основные направления наших исследований в Курчатовском институте относились к взаимодействию лазерного излучения с веществом, лазерному термоядерному синтезу, нелинейной оптике, физике твердого тела, изомерным ядрам. Так что мы имели лишь самое общее представление о ядерных реакторах и проблемах их безопасности. А первой увиденной нами воочию атомной станцией оказалась Чернобыльская, когда в июле мы перебрались работать в сам Чернобыль. Особенно ее 4-й блок запомнился. Его вид сопровождал меня и моих коллег в течение многих лет нашей работы в области тяжелых аварий. Как напоминание: всегда нужно серьезно относиться к вопросам безопасности АЭС. Теперь к этой картинке 4-го блока добавились впечатления от взрывов блоков «Фукусимы», зловеще повторявших наши расчеты.

В отличие от США, которые после аварии на «Три Майл Айленд» стали проводить масштабные экспериментальные и расчетно-теоретические исследования тяжелых аварий с разрушением активной зоны реактора, в Советском Союзе таких исследований не было. Мировой опыт, в частности созданный в США комплекс программ STCP, был недоступен по многим причинам, в том числе из-за режима секретности, установленного для работ по ликвидации последствий чернобыльской аварии. При этом последующее детальное знакомство с комплексом STCP, изначально предназначенным для моделирования тяжелых аварий с разрушением корпуса реактора с водой под давлением, показало, что модели, заложенные в этот комплекс, не охватывали сценариев и процессов, характерных для аварии на Чернобыльской АЭС. Именно самостоятельное разбирательство с нуля позволило нам за несколько дней дойти самим до сути и ответить на срочные практические вопросы.

Конечно, в мае 1986 года можно было получить помощь от западных специалистов, изучавших проблемы тяжелых аварий после аварии на АЭС в Пенсильвании в марте 1979 года. Но советская «китайская стена» изоляции нашей страны от внешнего мира оставалась в то время еще крепкой. Во время «Фукусимы» японская «китайская стена» тоже оказалась на удивление крепкой. Предложенную Росатомом руку технической помощи через прибывшие в Токио две умные головы в лицах заместителя директора концерна «Росэнергоатом» Владимира Асмолова и заместителя директора нашего института Валерия Стрижова японцы отвергли. А зря. Много потеряли. Оба они из лучших специалистов в мире в области тяжелых аварий на АЭС. С практическим опытом работы в Чернобыле в 1986 году.

Теплое тело на другом теле

В первый день не сообщили о сути проблемы даже начавшим работу сотрудникам нашей группы. Задача, которую мне и Володе Киселеву поставил руководитель нашей лаборатории Леонид Большов, звучала весьма абстрактно: «Некое тело, выделяющее тепло, находится на другом теле. Надо разобраться, как они будут себя вести». Вид начальника подсказывал, что речь идет о чем- то очень серьезном. После часа размышлений я подошел к нему, и прямо спросил: «Не о Чернобыльской ли АЭС идет речь?». Начальник кивнул и сказал, что в этом вопросе введен режим секретности, поэтому не все подробности знает даже он. И только общее понимание того, что в такой критической ситуации секретность может дорого обойтись, позволило нашим руководителям добиться разрешения на полное информирование непосредственных участников работы. Теперь хотя бы в общих чертах стало понятно, о чем идет речь. Однако мы имели слабое представление о конструкции самой станции и многих параметрах, необходимых для того, чтобы начать разрабатывать какие-то модели поведения ядерного топлива в 4-м блоке.

Ситуация была еще хуже. В первых числах мая 1986 года практически отсутствовали достоверные данные о состоянии реактора и ядерного топлива. В частности, неизвестны были результаты сброса около 5 тысяч тонн песка, свинца и других материалов в шахту реактора. А также, каково состояние металлоконструкций и графитовой кладки. Не было и точных данных о процессах горения графита и выхода продуктов деления из топливной матрицы. В этих условиях было сложно с необходимой полнотой и достоверностью моделировать поведение топлива и его взаимодействие с окружающими материалами, строительными и металлоконструкциями.

Со звезд на землю

Когда я пришел на работу в теоретическую лабораторию Л.А.Большова в Филиал Института атомной энергии (ИАЭ), там вовсю разрабатывали мощные лазеры. Импульсно-периодические и непрерывные электроразрядные, CO2-лазеры, которые давали мощное излучение в инфракрасном диапазоне. Мощность их уже доходила до десятков киловатт в инфракрасном излучении. Разрабатывались импульсные эксимерные лазеры ультрафиолетового диапазона с длительностью импульсов в наносекундном и микросекундном диапазонах. В ФИАНе разрабатывались мощные газодинамические лазеры. На Западе это все начали раньше. Как всегда. Военные сделали стойку. Это же «гиперболоид инженера Гарина». Мощное лучевое оружие на земле, в воздухе и космосе. Президент Рейган объявил программу «Звездные войны».

Большов предложил мне заняться экситонами в полупроводниках. Я потратил, наверное, месяц в библиотеке, чтобы разобраться с этой экзотической жидкостью из электронов и дырок. Я немного был в курсе физики этого явления. Мой одногруппник на нашей кафедре в университете занимался экспериментальными исследованиями микрокапель этой электрон-дырочной жидкости. Меня данная область физики как-то не вдохновляла.

Однажды был в гостях у сестры моей первой жены Натальи. Ее муж профессор В. В. Герасимов работал в Научно-исследовательском и конструкторском институте энерготехники имени Н. А. Доллежаля (НИКИЭТ) заведующим отделом коррозии. Он много лет жизни отдал вопросам коррозии ядерных материалов. Предложил подумать о диагностике водорода в оболочке тепловыделяющих элементов (твэлов). В наводораживании циркония оболочек твэлов он видел причину повышенной коррозии. Мне в голову пришло попробовать увидеть водород по результатам воздействия импульса CO2-лазера на цирконий твэлов. Вещь неочевидная, но водород должен менять электропроводность верхнего слоя оболочки. А коэффициент поглощения цирконием излучения CO2-лазера прямо зависит от электропроводности. Короче, Валентин Владимирович выдал мне образцы твэлов. Большов помог организовать работу с экспериментаторами базовой кафедры Филиала в МФТИ, где он преподавал.

Мы так это дело и не довели до ума. Хотя Андрей Себрант очень хороший экспериментатор. Чего-то нам не хватило. Пытаясь разобраться с этой частной задачей, изучил литературу по теории и экспериментам в области воздействия мощного лазерного излучения на материалы.

С изумлением нашел некоторые явные нестыковки существующих моделей с физикой процессов. За одну миллионную долю секунды лазерное излучение разогревает поверхность металла до температур плавления и испарения. Пары металла действуют на образовавшийся расплав с давлением в сотни и тысячи атмосфер. И выбрасывают капли металла. В парах испаряемого металла происходит так называемый оптический разряд и образуется низкотемпературная плазма (с температурой около 10 000 градусов). Она поглощает излучения и изменяет траекторию распространения лазерного излучения. Короче, черт ногу сломит. Лазерное излучение, нелинейная оптика — это мое. На кафедре волновых процессов именно этому нас больше всего учили. Мне сразу стало понятно, что рассчитывать распространение и поглощение излучения в плазме паров металла, чтобы установить, в каком виде исходное лазерное излучение доходит до поверхности металла, — задача безнадежная. Попытался понять, как выбрасываются капли металла, не вникая, сколько этого излучения доходит до поверхности и в какой пространственно-временно́й форме. Это гидродинамика жидкости, на которую действуют силы реактивного давления паров металла. А вот гидродинамику в университете я не особенно любил. Поэтому пришлось освежить знания по знаменитому учебнику Ландау и монографиям Лаврентьева. Чуть «образовавшись», после простых оценок пришел к поразительному результату: металл не может быть выброшен за микросекунду за пределы лазерного пятна с размерами больше миллиметра. Мои простые оценки гидродинамики процесса показывали, что это невозможно. Чтобы за микросекунду переместить расплав металла за пределы лазерного пятна радиусом в миллиметр, нужно давление в сотни тысяч атмосфер. При энергиях, развиваемых лазерными импульсами, такое давление паров невозможно. Собственно, так началось мое погружение в эту интересную физику макропроцессов, протекающих в миллионные доли секунды. За несколько месяцев удалось сочинить основные модели, которые включали только тепловые и гидродинамические процессы, и с их помощью объяснить наблюдавшиеся экспериментальные факты. Более того, удалось предсказать необычные результаты, которые были экспериментально подтверждены сотрудниками отдела Баранова. В результате в лаборатории Большова возникла группа из меня и наших математиков-вычислителей для изучения воздействия мощного лазерного излучения на конструкционные материалы. Большов помог организовать наше взаимодействие с экспериментальным отделом В.Ю.Баранова. Он учил меня тому, чему его учил академик М.А.Леонтович: «Физика — наука экспериментальная». Так мы оказались вовлечены в исследования, вызванные развернутой США программой «Звездных войн».

ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ РАССКАЗА