Экспериментальный реактор Ф-1, который был успешно запущен в Лаборатории № 2 в Москве в декабре 1946 года, был крайне упрощенным и не содержал систем водного охлаждения. Это обеспечивало большую компактность расположения урановых блоков и графита как замедлителя нейтронов и при использовании природного урана, в основном вывезенного из Германии. Для начала управляемой цепной реакции оказалось достаточно около 45 тонн урана. Предполагалось, что и в этом экспериментальном реакторе можно будет получить некоторое количество плутония и изучить его свойства. Но без систем водного охлаждения экспериментальный реактор быстро перегревался и поэтому мог работать лишь очень короткими периодами.
Промышленный реактор, который проектировался в уральском центре, имел систему непрерывного водного охлаждения и достаточно сложную конструкцию. В этом случае управляемая цепная реакция начиналась лишь при 150 тоннах урана, помещаемого в особые алюминиевые каналы, в которые все время поступала вода. Основным топливом в реакторе являлся уран-235. Нейтроны, выделяющиеся при распаде ядер этого изотопа при столкновении с ядром урана-238, преобразовывали некоторые из них в элемент с массой 239. Это и был плутоний, из которого после его выделения изготовлялся заряд атомной бомбы. Критическая масса у плутония примерно в десять раз меньше, чем у урана-235.
Курчатов планировал, что при завершении строительства промышленного реактора те 45 тонн урана, которые были заложены в экспериментальный реактор в Москве, можно будет использовать в промышленном реакторе. В 1946 году ни Курчатов, ни его коллеги не знали, что распад ядер урана-235 под действием мощных нейтронных потоков идет не с образованием нескольких новых осколочных элементов, бария и других, а с образованием около двухсот разных изотопов, большинство из которых были неустойчивыми и радиоактивными. Именно накопление таких радиоактивных нуклидов, даже после сравнительно кратковременных запусков реактора Ф-1, сделало его урановые блоки негодными для переплавки их в урановые блоки для промышленного реактора, имевшего другие размеры и другую форму. Завод «Электросталь», который готовил урановые блоки для отправки на Урал, не был приспособлен для переплавки урана, уже загрязненного множеством высокорадиоактивных элементов.
Накопить нужные 150 тонн урана для загрузки в промышленный реактор удалось лишь к началу 1948 года. К этому времени, однако, обнаружилось, что система разгрузки реактора, проверявшаяся до этого лишь на стенде на единичном канале, не годилась для реактора, имевшего больше тысячи каналов. Пришлось срочно разработать и изготовить новую систему разгрузки. Это задержало пуск реактора на несколько месяцев.
Испытательные пуски реактора на низких мощностях начались 8 июня 1948 года, почти на год позже, чем планировалось. 22 июня 1948 года реактор был выведен на проектную мощность в 100 тысяч кВт. Началась круглосуточная работа реактора, прерывавшаяся довольно частыми авариями. Это приводило к остановкам реактора и необходимости ремонта. Некоторые ремонтные работы производились по директивам Курчатова и Ванникова на работающем реакторе, «что приводило к загрязнению помещений, переоблучению сменного персонала и бригады ремонтников»[121]
.Особенно серьезная авария произошла в конце 1948 года. В январе 1949 года реактор был остановлен на капитальный ремонт, продолжавшийся почти два месяца. Нужно было производить замену всех каналов и проводить фактическую разборку и новую сборку всего реактора. При проведении этого ремонта подверглись переоблучению несколько тысяч человек в связи с необходимостью «привлечения к этой „грязной работе“ всего мужского персонала „объекта“»[122]
.Весь 1948 год и почти половину 1949 года Курчатов, Ванников и Завенягин находились на Урале, решая на месте все возникавшие проблемы. Несколько раз приезжал сюда Берия. Ему нужно было давать объяснения Сталину о причинах задержки сроков изготовления атомной бомбы. Именно в 1948 году происходили решающие сражения гражданской войны в Китае. Летом 1948 года Сталин начал блокаду Западного Берлина, что вызвало наиболее серьезный послевоенный кризис между СССР и западными странами. Отсутствие атомного оружия ограничивало для Сталина возможность вести свою внешнюю политику с позиции силы.
К маю 1949 года радиохимический завод «Маяк» начал выделение плутония из «выгоревших» урановых блоков, не дожидаясь полного распада короткоживущих продуктов деления урана-235, что обычно требует трехмесячной выдержки этих блоков под водой. Это приводило и к переоблучению радиохимиков.
По недавнему свидетельству профессора Ангелины Гуськовой, которая молодым врачом работала в 1947–1953 годах на уральском объекте, в лаборатории по выделению плутония работали в основном молодые девушки. Это была группа особого риска, и среди этих людей зарегистрировано 120 случаев лучевой болезни, которую называли «пневмосклероз плутониевый»[123]
.