Однако у него есть два основных минуса. Первый заключается в том, что такую станцию можно построить только в сухих грунтах определённого типа – в Петербурге или Киеве такие грунты есть, а в Москве, например, почти нет, поэтому в Москве всего одна односводчатая станция глубокого заложения – «Тимирязевская». Второй минус состоит в том, что такая станция окупается только при непрерывном скоростном строительстве метро, когда щит проходит одну станцию за другой. Иначе говоря, подобные станции в идеале должны идти сцепками, иначе все преимущества сходят на нет.
Первые станции такого типа – «Политехническая» и «Площадь Мужества» – были открыты в Ленинграде в один день, 31 декабря 1975 года. Всего на постсоветском пространстве сегодня 21 односводчатая станция глубокого заложения: 14 в Санкт-Петербурге, одна в Москве, две в Екатеринбурге, четыре в Днепре. Несколько подобных станций есть и в других странах. Например, «Кобылисы» в Праге (открыта в 2004 году, глубина – 31,5 метра). Но в целом это относительно редкое явление, подавляющее большинство односводчатых станций заложены не очень глубоко.
Три новых, ранее никогда не встречавшихся в мировой строительной практике типа станций – это значительный вклад в историю мирового метрополитена и, в частности, в его инженерную составляющую. За почти 90 лет существования метро на постсоветском пространстве специалистами были получены сотни авторских свидетельств, внедрены самые разные технические решения, не использовавшиеся нигде прежде. Но всё в одну книгу не вместишь, а я пытаюсь охватить хотя бы глобальные прорывы. К тому же Метрострой и сейчас активно развивается, и наверняка это не последние достижения нашего метро.
Глава 6. Мирный атом
Впрочем, история началась несколько раньше, в 1930-е годы, причём не в СССР, а в США. В те годы ядерная физика только зарождалась и была, можно сказать, «модной». Практически все ведущие американские физики как минимум высказывались по различным связанным с этой темой вопросам, а то и вели серьёзные исследования и делали открытия. Наиболее заметной вехой стала работа Джеймса Чедвика, ученика Резерфорда. В 1932 году, исследуя процессы, происходящие при альфа-распаде плутония, Чедвик обнаружил новый вид проникающего излучения и доказал, что оно состоит из ранее неизвестных элементарных частиц – нейтронов. Это был прорыв, позволивший физикам начать эксперименты с нейтронами. С новым излучением работали Фредерик и Ирен Жолио-Кюри, Эрнест Резерфорд, а также Энрико Ферми.
Но в том же 1932 году произошло и ещё одно значимое событие: британские физики Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон проводили опыты по бомбардировке ядра лития-7 ускоренными протонами и получили необычную реакцию: ядро лития (элемента № 3 в Периодической системе) превратилось в две альфа-частицы (то есть в ядра гелия, элемента № 2), и при этом выделилось 17,2 МэВ энергии. Само по себе расщепление ядра под действием бомбардирующих частиц было известно раньше: Эрнест Резерфорд наблюдал его ещё в 1919 году. Но для опыта с литием впервые использовали ускоритель, и в итоге получились альфа-частицы (Резерфорд получал атомы водорода). По сути, это было начало нового направления в науке. Впоследствии Кокрофт и Уолтон бомбардировали другие ядра разогнанными протонами, альфа-частицами и дейтронами (ядрами дейтерия), получая всё новые реакции расщепления, а в 1951 году удостоились Нобелевской премии.
В течение последующих лет множество физиков экспериментировали с бомбардировкой ядер различных элементов субатомными частицами, в том числе недавно открытыми нейтронами. А в 1938 году группа учёных – Отто Ган, Фриц Штрассман и Лиза Мейтнер при участии племянника последней Отто Роберта Фриша – проводила эксперименты по бомбардировке нейтронами ядер урана. Предполагалось, что таким образом можно получить трансурановые элементы, то есть элементы с атомными номерами выше 92 (учёные думали, что уран просто поглотит новые нейтроны). Нептуний, элемент № 93, в итоге синтезировали в 1940 году именно таким методом, правда по более сложной технологии. Но до того об открытии 93-го элемента заявляли и Энрико Ферми (аусоний, 1934), и чех Одолен Коблич (богемий, 1934), и румын Хория Холубей (секваний, 1938). До 1944 года уран относился к VI группе и стоял в Периодической таблице под вольфрамом, а трансураны должны были, соответственно, занять места в следующих группах – под рением, осмием, иридием и платиной, то есть в столбцах Периодической таблицы Менделеева с седьмого по десятый. Однако после открытия и изучения химических свойств следующих за ними америция (№ 95) и кюрия (№ 96) стало понятно, что и известные в то время трансураны, и уран, и три элемента до него относятся к одному семейству, которое назвали актиноидами и выделили в отдельную строку таблицы.
Группа Отто Гана действительно получала в результате экспериментов новые вещества, но не элементы, а изотопы урана, в частности короткоживущий уран-239 (плюс один нейтрон к исходному изотопу). Чтобы не запутаться: природный уран примерно на 99,3 % состоит из изотопа уран-238; число обозначает атомный вес, который, в свою очередь, складывается из 92 протонов и 146 нейтронов. Например, уран-235, которого в природном уране всего 0,7 %, имеет на три нейтрона меньше.
Так вот, 17 декабря 1938 года Ган и Штрассман (Мейтнер, будучи еврейкой, в начале того года бежала в Нидерланды) в одном из опытов добились удивительного результата: ядра урана под воздействием бомбардировки нейтронами делились на ядра более лёгких элементов с выделением энергии. Так была открыта реакция вынужденного деления тяжёлых ядер с помощью нейтронов (протоны и альфа-частицы на уран такого воздействия не оказывали).
Реакция вынужденного деления направила ядерную физику по двум дорожкам. С одной стороны, чудовищная энергия, выделяющаяся при делении ядер урана, могла быть использована в мирных целях, а с другой – в целях разрушения. Я не стану подробно рассказывать историю ядерной бомбы – частично она будет затронута в разделе об оружии, к тому же про неё написано немало книг, а к советскому изобретательству она не имеет прямого отношения. Мирное же направление, то есть строительство ядерных источников энергии, нас очень даже интересует.
Предыстория реактора
В 1938 году в Нью-Йорк одновременно прибыли два крупнейших физика-эмигранта – итальянец Энрико Ферми и венгр Лео Силард. Силард уже высказывал мысль о возможности цепной ядерной реакции, а Ферми после открытия Гана и Штрассмана в январе 1939 года предположил, что при делении ядро урана может испускать быстрые нейтроны и если их число будет больше числа поглощённых, то такая реакция станет цепной – нарастающей.
Под руководством Ферми в том же январе 1939 года начались первые эксперименты с целью вызвать цепную ядерную реакцию. Лаборатория располагалась на седьмом этаже Пупин-холла, небоскрёба на Манхэттене, построенного в 1927 году специально для отдела физики Колумбийского университета. Эксперименты показали, что цепная реакция возможна, но для её проведения нужны совершенно новые условия. Помимо того, Ферми и Силард считали, что для создания в будущем ядерного оружия понадобится огромное количество делящихся материалов, которое невозможно получить одиночными реакциями бомбардировки. В природном уране, как было сказано выше, всего 0,7 % урана-235, и для его извлечения требуется сложный и дорогой процесс обогащения. А плутоний-239, который в природе вообще не встречается, можно получать с помощью очень интенсивной бомбардировки урана-238 нейтронами, причём только в ядерном реакторе. Так что осуществление цепной реакции в промышленных масштабах имело и «производственный» смысл.
