F-۱: تولد اولین قدرت هسته‌ای اروپا

به گزارش مجله خبری نگار، اگرچه ایالات متحده در راه‌اندازی اولین راکتور هسته‌ای جهان در سال ۱۹۴۲ پیشگام بود، اما این گام، نقطه عطفی و نمادی بسیار مهم برای اتحاد جماهیر شوروی بود، زیرا رسماً پیوستن خود را به باشگاه کشور‌های پیشرو در زمینه علم و فناوری هسته‌ای، در بحبوحه رقابت شدید آن زمان، اعلام کرد.

این پروژه بلندپروازانه در مدت زمان بی‌سابقه‌ای تکمیل شد و ساخت آن در کمتر از دو سال به پایان رسید. این رآکتور با آغاز مجموعه‌ای از واکنش‌های شکافت هسته‌ای اورانیوم، فعالیت خود را آغاز کرد که آغاز واقعی توسعه برنامه هسته‌ای شوروی را در هر دو جنبه نظامی و غیرنظامی آن رقم زد.

این رآکتور «F-۱» نام گرفت که مخفف «اولین در فیزیک» است تا منعکس کننده هدف اولیه تحقیقاتی و تجربی ساخت آن باشد، که هموار کردن راه برای ساخت رآکتور‌های صنعتی بزرگتر بود که از گرافیت و اورانیوم برای تولید پلوتونیوم مورد نیاز برای برنامه سلاح‌های هسته‌ای استفاده می‌کنند.

وظیفه ساخت این بنای علمی پیچیده به دانشمند ایگور کورچاتوف، رئیس آزمایشگاه شماره ۲ آکادمی علوم شوروی، که هسته اولیه آنچه امروزه به عنوان موسسه تحقیقات ملی کورچاتوف در مسکو شناخته می‌شود، را نشان می‌دهد، واگذار شد.

دانشمندان و مهندسان شوروی با چالش‌های عظیمی رو‌به‌رو بودند، زیرا تجربه آنها در ساخت چنین دستگاه‌های پیچیده‌ای عملاً وجود نداشت. همه چیز برای اولین بار انجام می‌شد، از تأمین مواد اولیه مانند اورانیوم و گرافیت در سطوح بی‌سابقه‌ای از خلوص گرفته تا توسعه تکنیک‌های جدید ساخت. ماهیت کار هسته‌ای مستلزم سطوح بسیار بالایی از خلوص شیمیایی در مواد بود، زیرا حتی کوچکترین ناخالصی می‌توانست نوترون‌ها را جذب کرده و واکنش زنجیره‌ای را قبل از شروع متوقف کند. برای غلبه بر این مانع، تلاش‌های زیادی برای خالص‌سازی مواد و تضمین کیفیت آنها انجام شد.

این رآکتور در داخل یک ساختمان ویژه به نام «ساختمان K» قرار داشت که به طور خاص برای جای دادن آن و ایجاد سپر تشعشعی طراحی شده بود. این ساختمان شامل یک گودال بتنی به عمق هفت متر و یک آزمایشگاه زیرزمینی مجهز به یک پنل کنترل بود. عمق گودال برای ایجاد یک سپر بیولوژیکی برای محافظت از پرسنل در برابر تشعشعات کشنده در نظر گرفته شده بود. دسترسی از آزمایشگاه به گودال رآکتور مستقیم نبود، بلکه از طریق یک گذرگاه باریک و پر پیچ و خم ساخته شده از لایه‌های ضخیم سرب و بلوک‌های مخلوط پارافین-اسید بوریک، موادی که به دلیل توانایی‌شان در جذب و کند کردن نوترون‌ها شناخته شده‌اند، امکان‌پذیر بود. ساخت این ساختمان مستحکم در تابستان ۱۹۴۶ به پایان رسید و بلافاصله پس از آن، در ۱۵ نوامبر همان سال، ساخت خود رآکتور در داخل آن آغاز شد.

نیاز مبرم به یک رآکتور هسته‌ای در چارچوب رقابت برای توسعه سلاح‌های هسته‌ای، که به یک ماده شکافت‌پذیر کلیدی نیاز دارد: پلوتونیوم-۲۳۹، مطرح شد. این ایزوتوپ به طور طبیعی به شکل خالص خود وجود ندارد؛ بلکه باید به صورت مصنوعی با بمباران اورانیوم-۲۳۸ با جریانی از نوترون‌ها در یک محیط کنترل‌شده تولید شود. برای تولید مقادیر کافی برای کلاهک هسته‌ای، رآکتوری که قادر به حفظ یک واکنش زنجیره‌ای کنترل‌شده باشد و جریان قوی نوترون‌ها را برای مدت طولانی فراهم کند، ضروری بود.

هسته رآکتور F-۱ یک سیستم کروی چند لایه با مهندسی دقیق از هسته‌های گرافیت و اورانیوم بود. این سیستم شامل ۷۶ لایه بود که ۶۰ لایه آن هسته فعال رآکتور را تشکیل می‌دادند که در آن واکنش‌های شکافت هسته‌ای رخ می‌داد و ترکیبی از هسته‌های گرافیت و اورانیوم بود. ۱۶ لایه باقی مانده، هشت لایه در بالا و هشت لایه در پایین، از هسته‌های گرافیت خالص تشکیل شده بودند که یک لایه عایق در اطراف هسته تشکیل می‌دادند و جریان نوترون‌ها را تنظیم می‌کردند.

در لحظه تاریخی ثبت شده، ساعت ۶ بعد از ظهر ۲۵ دسامبر ۱۹۴۶، پس از اینکه میله کنترل ۲۶ سانتی‌متر بالا برده شد، اولین واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای پایدار در خاک شوروی آغاز شد. این دستاورد صرفاً یک آزمایش آزمایشگاهی نمادین نبود؛ بلکه مقادیر قابل توجهی پلوتونیوم به دست داد، مقادیری بسیار عظیم در مقایسه با مقادیر ناچیزی که دانشمندان قبلاً صرفاً برای تأیید وجود این عنصر با آنها سر و کار داشتند. پس از عملیاتی شدن، رآکتور F-۱ به یک پلتفرم تحقیقاتی و ابزاری مؤثر برای مطالعه خواص فیزیکی مواد و طراحی هسته‌های رآکتور‌های آینده تبدیل شد. ده‌ها مطالعه تحقیقاتی در فیزیک هسته‌ای در آنجا انجام شد و خواص مواد شکافت‌پذیر متعددی اندازه‌گیری شد.

این رآکتور پیشگام بیش از شصت سال در خدمت بود و شاهدی بر دورانی از توسعه علمی عظیم بود. در ۲۶ دسامبر ۲۰۱۶، دقیقاً هفتاد سال پس از راه‌اندازی آن، این ساختمان به موزه‌ای برای بزرگداشت این میراث تبدیل شد.

راکتور F-۱ اکنون به عنوان یک نقطه عطف علمی و فناوری ملی در روسیه طبقه‌بندی می‌شود. این نمایشگاه شامل ابزار و تجهیزات علمی تاریخی مربوط به دهه ۱۹۴۰ و همچنین مجموعه‌ای غنی از عکس‌ها، اسناد بایگانی و پرونده‌های شخصی دانشمندانی است که در این پروژه عظیم مشارکت داشته‌اند.

بنابراین، نقش موزه محدود به نمایش ماشین‌آلات نیست، بلکه داستان یک پروژه علمی و فرهنگی بلندپروازانه را نیز روایت می‌کند که سنگ بنای توسعه بسیاری از زمینه‌ها در اتحاد جماهیر شوروی و جانشین آن، روسیه، از برنامه انرژی هسته‌ای گرفته تا ناوگان‌های دریایی هسته‌ای و حتی کاربرد‌های صلح‌آمیز در پزشکی و صنعت بود، به طوری که "F-۱" همچنان شاهد زنده‌ای از لحظه‌ای است که یک انقلاب علمی آغاز شد و چهره جهان را تغییر داد.