Обнинск. Город науки без страха и скуки
Обнинск. Город науки без страха и скукиПривет, друзья!
Сперва открытие: многие улицы Обнинска названы именами знаменитых и не очень, но обязательно выдающихся, физиков. Если бы не физики, Обнинск мог бы вовсе не появиться на карте страны. Вы можете возразить, сказав, что вообще-то города появляются благодаря строителям. Да, это так. Но строителей Обнинска вдохновили именно физики! Почему, вы узнаете, прочитав эту книжку. Заодно вы покатаетесь на паровозе-паровичке, спуститесь в отсеки подводной лодки, поймете, как работает атомная станция. Самые смелые могут подняться на метеомачту и увидеть город таким, каким его видят птицы. Если после этого ни у кого не закружится голова, тогда добро пожаловать на фабрику погоды, где делают снег, дождь, туманы и облака… Чтобы не проголодаться, можно захватить с собой термос и бутерброды, и вперед! Точнее, назад – в историю!
Город-снежинка
Вы знаете, как появляются снежинки? Мельчайшая частичка газа или пыли попадает в облако и становится ядром, вокруг которого начинает намерзать ледяной кристаллик. Под действием потоков воздуха кристаллики путешествуют в облаках, слипаются друг с другом и растут. В ста километрах к юго-западу от Москвы есть один небольшой городок, который появился как… снежинка. Нет, в облаках он, конечно же, не летал, это ведь город, а не самолёт! (Хотя, у многих его жителей наблюдался самый настоящий полёт фантазий). Этот город похож на снежинку тем, что сначала у него появилось ядро – главное в городе предприятие, а затем стали расти «лучики» – институты и научные центры, которые без ядра бы не появились. Речь идет о городе науки – Обнинске, самом первом наукограде в России.
Стать городом науки непросто. Много умных и талантливых людей должны собраться вместе, чтобы заниматься исследованиями в очень важных для страны областях науки и техники. И главное – нужно добиться впечатляющих результатов – сделать открытие (и даже не одно!) или создать что-то выдающееся, до чего прежде никто додуматься не мог. Вот у Обнинска, точнее, у обнинцев, это получилось. Попробуем рассказать как.
Секретная лаборатория
Вскоре после Великой Отечественной войны было принято важное правительственное решение о создании в нашей стране секретных институтов и лабораторий для ядерных исследований.
Ученые давно знали, что в атомах скрыты фантастические запасы энергии, ну и со временем, конечно, придумали, как её получить. Оказалось, что ядра тяжёлых элементов (обычно для этого используют уран) под воздействием нейтронов начинают делиться. Осколки деления разлетаются с сумасшедшей скоростью, передавая часть своей энергии веществу, в котором они движутся. Эту энергию можно использовать по-разному. Можно, например, создать атомную бомбу, в которой ядерная (или атомная) энергия освобождается мгновенно и со страшным взрывом. Но есть и другой путь – построить установки, в которых энергия атомов станет управляемой и будет выделяться замедленно. Такие установки называются ядерными реакторами и используются в атомных электростанциях, подводных лодках и космических аппаратах.
В создаваемых лабораториях предстояло изучать, на что способен атом и как использовать его энергию, чтобы она служила людям. Но главное, что всё это задумывалось в интересах безопасности страны. Все испытания должны были проходить под строжайшим секретом, чтобы никто не выведал научных и государственных тайн. Одну из лабораторий, которая даже называлась секретно – «Объект В» – решили создать поблизости от Москвы и выбрали для этого малонаселенный берег реки Протвы, неподалёку от железнодорожной станции Обнинское.
Электричек в то время не было. Молодые специалисты, а это были лучшие выпускники лучших институтов страны, и их более опытные коллеги, которых пригласили из разных городов, прибывали на станцию Обнинское в поезде-паровичке. Вагоны в таком поезде отапливались печками-буржуйками и освещались керосиновыми лампами. Дорога от станции шла через глухой лес и была похожа на узкий зеленый туннель. Потом и к новым научным вершинам приходилось первыми прокладывать маршрут.
Идти первым всегда очень трудно, ведь неизвестно, что тебя ждет: большой успех или неудача. А ещё ведь могут и опасности поджидать. Ядерная физика была в то время мало изучена, и многое приходилось додумывать и разрабатывать самим. Яркие научные идеи доказывали экспериментами и математическими расчётами. Работали так увлечённо, что обо всём забывали. Иногда «забывали» даже домой уходить – так и сидели за своими чертежами и формулами по ночам, не могли оторваться! Очень скоро молодые талантливые физики-ядерщики стали большими учёными, которые сами, как паровички, потащили за собой отечественную науку. При этом большинство из них оставались скромными людьми – держались просто и не надували щёк (это значит – не важничали и не зазнавались).
А похвастаться уже было чем. В 1951 году в секретной лаборатории начали работать над созданием атомной электростанции. В то время в мире ещё не было атомных электростанций, и проект был чрезвычайно важным. Многие предприятия и научно-исследовательские институты страны помогали в решении этой непростой задачи. У каждого, как говорят взрослые, была своя зона ответственности. Все нужно было делать быстро, срочно и не жалея сил. Для ядерного реактора вырыли котлован глубиной 20 метров. Вокруг него построили железобетонные стены большой толщины. (Ядерные реакторы должны находиться в очень мощном укрытии, потому что при делении ядер образуются радиоактивные осколки со смертельно опасными гамма-лучами, от которых нужно уберечь людей, технику и природу). Через три года после начала строительных работ станция была готова к запуску.
Ядерный реактор работает так: в результате деления ядер урана выделяется тепловая энергия. Реактор постоянно накапливает тепло, которое теплоноситель (вода, жидкие металлы или газы) переносит в парогенератор, где вырабатывается водяной пар. Под воздействием пара начинает работать турбина, которая вращает электрический генератор, и в результате вырабатывается электрическая энергия.
В обычных (неатомных) энергетических установках для теплоэлектростанций в качестве топлива используется нефть или уголь. Только для теплоэлектростанции каждый день требуется два товарных состава угля, а для работы АЭС на целый год хватит половины вагона урана.
26 июня 1954 года первая в мире атомная электростанция (сокращенно – АЭС) дала электрический ток. Это стало большой радостью для всех, кто так много работал и сильно волновался накануне. И если бы кто-нибудь изобрёл специальный прибор – измеритель волнения и ответственности, то у него постоянно мигал бы сигнал тревоги. Все ожидали события, которое никогда и нигде прежде не происходило, и ошибаться было никак нельзя. Государственную комиссию, прибывшую принимать секретный объект, возглавлял прославленный академик Игорь Васильевич Курчатов. Он и раньше бывал здесь, и, говорят, будто бы это именно он предложил построить атомную электростанцию в Обнинске.
Пуск и последующая работа Обнинской АЭС подтвердили правильность всех инженерных решений. Все ликовали! В главной газете того времени – «Правда» – появилось сообщение о пуске первой в мире атомной электростанции, однако место её расположения всё ещё держалось в секрете. Мощность Обнинской АЭС была совсем небольшой, зато опыт её создания дал старт развитию атомной энергетики в нашей стране.
Позже секретная лаборатория была преобразована в Физико-энергетический институт (сокращённо – ФЭИ). Он и стал тем самым ядром, вокруг которого строился город. А имя города – Обнинск – появилось на карте страны летом 1956 года.
Ученые как дети
Кто-нибудь знает, что общего у больших ученых и маленьких детей? Правильно: фантазия и смелость! Атомная электростанция генерировала электрический ток, а ученые-физики генерировали новые идеи. Казалось, даже воздух в научной среде был наэлектризован из-за их ярких и смелых задумок, ведь учёных в Обнинске собралось как… котов! Для них даже целый дом построили, чтобы было где собраться и вести учёные разговоры. Теперь он так и называется – «Дом учёных». (Неподалёку от «Дома учёных» растёт столетний дуб, который охраняется государством. Кто-то из шутников придумал установить по соседству памятник «коту учёному». Со временем он стал лучшим другом горожан (все любят с ним фотографироваться), а заодно и символом города).
Физика-экспериментатора Александра Ильича Лейпунского, именем которого назван Физико-энергетический институт, очень занимала идея быстрых реакторов, или реакторов на быстрых нейтронах. Это очень хитрый реактор – он сам производит топливо. Точнее, он производит топлива больше, чем потребляет. А ещё он способен сжигать радиоактивные отходы, а значит, наносит меньше вреда природе.
Разработки обнинских физиков привели к строительству в стране нескольких атомных электростанций на быстрых нейтронах. Самая первая такая АЭС была запущена в 1972 году в Шевченко (теперь это город Актау в Казахстане). Шевченко вырос в пустыне на берегу Каспийского моря, где нет природных источников пресной воды. Реактор БН-350 позволил запустить не только атомную электростанцию, но и первую в мире атомную опреснительную установку, которая превращает морскую воду в питьевую.
Другой учёный с мировым именем – Дмитрий Иванович Блохинцев – с детства мечтал об освоении космоса (а ведь Гагарин в то время даже не родился!) Школьником он переписывался с удивительным русским учёным Циолковским , благодаря которому космос стал ближе для всего человечества. В 28 лет физик Блохинцев стал профессором МГУ, а 1950-е годы возглавил секретную лабораторию – «Объект В».
Один из научных интересов Дмитрия Ивановича касался создания атомных двигателей для космических аппаратов, а поскольку он с детства привык ставить большие цели и не боялся к ним идти, то неудивительно, что его мечта сбылась. В ФЭИ были разработаны ядерные энергетические установки для космических спутников-разведчиков, которые потом летали на орбите Земли. Программу создания космических кораблей с ядерными двигателями, над которой работали инженеры ФЭИ, поддерживал Сергей Павлович Королёв – создатель первого пилотируемого космического корабля «Восток-1».
Ещё одной смелой разработкой обнинцев был… атомный самоход! Это такая небольшая атомная станция на гусеницах (как у танка), которая очень пригодилась бы для работы на Крайнем Севере. Подошла бы такая станция к угольной шахте, руднику или рабочему посёлку и обеспечивала бы его энергией, потом – перекочевала бы на другое место. Очень удобно! Такую станцию соорудили, она давала электрический ток, но до Севера так и не добралась. Осталась, как говорят ученые, экспериментальным образцом. Однако результаты этой работы помогли специалистам в их дальнейших разработках.
Школа моряков-подводников
Вскоре после запуска Обнинской АЭС в Обнинске появились незнакомцы в одинаковой одежде: шляпах, костюмах с галстуками, пальто и начищенных ботинках. В небольшом городке, где все друг друга знали в лицо, новички сразу обратили на себя внимание. Хотя у них была совсем другая задача – держаться неприметно. Не получилось! Выправка выдавала в них офицеров. И это, действительно, были офицеры морского флота, переодетые в выданную им (поэтому одинаковую) одежду. Они приехали, чтобы пройти курс обучения по управлению атомной станцией. «Зачем это морякам?» – спросите вы. А затем, что в то время в нашей стране уже велись работы по созданию атомных подводных лодок (сокращенно – АПЛ), и морские офицеры должны были научиться ими управлять. Работа ядерного реактора в качестве двигателя мало чем отличается от работы реактора атомной станции. И поскольку атомная электростанция была тогда только в Обнинске, то обучаться прибыли именно сюда.
А зачем же нужна была конспирация? Почему офицеры не ходили в своей красивой форме? Дело в том, что появление в районе АЭС группы военных моряков сразу выдало бы намерение нашей страны создать корабль с атомным реактором, а о наших планах никто не должен был знать.
По приказу Главнокомандующего Военно-Морского Флота (ВМФ) в 1956 году в Обнинске был создан специальный учебный центр по подготовке моряков-подводников. Соорудили тренировочный стенд – часть корпуса подводной лодки в натуральную величину с двумя отсеками – реакторным и турбинным. Всё было сделано как на настоящей подводной лодке. Тут и стали стажироваться, то есть обучаться, подводники. Тому, как вести себя в море, учились на суше. И даже экзамены сдавали, как школьники! Поначалу занятия проводили специалисты секретной лаборатории, где в то время как раз работали над созданием энергоустановок для атомных подводных лодок. Позже офицеры сами стали обучать матросов. Сами же разрабатывали оборудование, необходимое, чтобы моделировать, то есть создавать, самые разные и даже аварийные ситуации, которые могут возникать в море. Вот такие умельцы морские офицеры: умеют и боевым кораблём управлять, и сложные приборы конструировать!
В 1958 году первая в нашей стране атомная подводная лодка с экипажем, подготовленным в Обнинске, вышла на испытания в Белое море. Летом 1962 года она отправилась в долгий поход, прошла подо льдами Северного Ледовитого океана, и впервые в истории отечественного подводного флота всплыла около Северного полюса!
В то время океан уже патрулировали подводные ракетоносцы США, ракеты которых были нацелены на наши города. Ответом нашей страны стало создание атомных субмарин – истребителей подводных лодок. Ядерные энергетические установки для таких лодок тоже были разработаны в ФЭИ. Наши подводные лодки – небольшие и очень юркие – могли погружаться на большую глубину, маневрировать на полном ходу и даже уходить от противолодочных торпед. Появление в океане русских «чудо-лодок» наделало много шума и стало очень неприятным сюрпризом для военно-морских сил США.
…Центр подготовки экипажей подводников действует в Обнинске и по сей день. Он носит имя контр-адмирала Леонида Гавриловича Осипенко, командира первой атомной подводной лодки, которого называют «Гагариным атомного флота». Это очень современный центр, оснащённый компьютерными тренажерами и всем необходимым оборудованием для проведения морских боёв на суше. День Военно-Морского флота считается в Обнинске городским праздником. Морские офицеры в отглаженных чёрных кителях и матросы с сине-белыми воротниками устраивают парад, а жители города любуются их выправкой, строевым шагом и гордятся ими. Ведь эти отважные люди готовы рисковать своей жизнью, надолго уходить в море, совершать опасные погружения ради того, чтобы в нашей стране был мир.
…Обнинск находится далеко от моря, однако на гербе города изображены волны – в знак уважения к трудной профессии моряков. А далеко-далеко, в северных морях, несёт боевое дежурство атомная подводная лодка «Обнинск», названная в честь города, который многое сделал, чтобы в России был надёжный подводный флот.
Облако на ладони
А ещё в Обнинске есть люди, которые умеют делать любую погоду. Правда, не на улице, а в специальных климатических и термобарокамерах, – в них можно создавать облака, дождь, снег, туман, град, ураганный ветер – все, что хотите! И люди эти – не волшебники, а специалисты Института экспериментальной метеорологии (сокращенно – ИЭМ). Здесь есть огромная – размером с пятиэтажный дом – облачная камера, где создаются облака, а ещё есть аэродинамическая труба, где воспроизводят ураганный ветер и могут сделать его такой силы, каким он был в сказке «Волшебник изумрудного города», когда унёс домик Элли и Тотошки. В этой же аэродинамической трубе обдувалась (испытывалась на прочность) модель Останкинской телебашни. Тогда башня ещё не стояла на своём привычном месте, а только проектировалась. Ещё в этой чудо-трубе испытывают метеорологические датчики, противоградовые ракеты и пиротехнические патроны.
Облака, туманы и другие природные явления изучают для того, чтобы лучше прогнозировать погоду и уметь управлять ею. Это бывает нужно, чтобы вызвать искусственный дождь и потушить лесной пожар, «напоить» растения там, где не хватает воды, или чтобы не допустить града, который может повредить посевы. А бывает так, что дождь мешает фермерам, тогда специалисты ИЭМ предлагают превратить сильный дождь в мелкий дождик или совсем его прекратить. Для этого в небо запускают ракеты со специальными веществами или распыляют в облаках реагенты из самолётов. В институте есть «мельница», в которой составные части реагентов смешиваются в правильных пропорциях.
Другая интересная идея, над которой работают специалисты ИЭМ, заключается в том, чтобы создать защитные экраны для разгона туманов. Их можно использовать на трассах или в аэропортах, когда срочно требуется лётная погода.
Институт экспериментальной метеорологии создавался для наблюдения за тем, как распространяются в атмосфере вредные радиоактивные примеси. (Для города, в котором действовала атомная станция, это было очень важно). Одним из тех, кто очень многое сделал для создания в Обнинске Института экспериментальной метеорологии, был знаменитый полярный исследователь, геофизик Евгений Константинович Фёдоров. Он был одним из четырёх героев-папанинцев (по фамилии одного из участников экспедиции – Папанина), исследователей Арктики, которые в 1937–38 годах несколько месяцев работали на дрейфующей во льдах станции «Северный полюс». Именно Фёдоров придумал построить в Обнинске аэрозольный корпус и метеовышку (или метеомачту) для наблюдений за атмосферными явлениями. Вышка много раз использовалась для экспериментов. С помощью дымовых струй, которые искусственно создавались на разных этажах метеомачты, учёные выясняли, на какую высоту нужно поднять трубы тепловых электростанций, заводов и фабрик, чтобы вредные выбросы не вредили здоровью людей. Эксперименты по изучению гололёда и изморози, образовавшихся на большой высоте, помогали правильно рассчитать нагрузки при строительстве высотных зданий, телевышек и линий электропередач.
Высота мачты – 315 метров (это немного ниже Эйфелевой башни). Балконы, опоясывающие мачту через каждые 25 метров, оборудованы специальными приборами, а все данные от них поступают на специальный пульт у ее подножия. Метеомачта стала одной из главных достопримечательностей города. Некоторым знаменитым людям, которые приезжают в Обнинск, разрешают на неё подниматься. Когда-то на вышку поднимался сам маршал Жуков – он родился в здешних местах, в Калужской губернии, а во время Великой Отечественной войны командовал Западным фронтом, штаб которого размещался в старой усадьбе на территории будущего города.
Метеомачта – это такая научная лаборатория для изучения нижних слоёв атмосферы. Чтобы изучать верхние слои атмосферы, в воздух запускают специальные метеорологические ракеты, которые способны долететь до высоты триста километров! Специалисты ИЭМ участвовали в разработках метеорологических ракетных комплексов, а запуски ракет совершались на специальных станциях ракетного зондирования. Одна из станций находилась на далёком острове Хейса в архипелаге островов Земли Франца-Иосифа в Северном Ледовитом океане.
Метеорологические приборы, соединённые с радиопередатчиками, размещаются в носовой части ракеты. Во время полёта результаты измерений передаются на Землю. Некоторые ракеты сконструированы так, что, когда они достигают заданной высоты, то носовая часть автоматически отделяется от корпуса и вместе с приборами на парашюте спускается на Землю.
В изучении верхних слоёв атмосферы учёным помогает метод искусственно светящихся облаков. С помощью метеорологической ракеты высоко в небе распыляются специальные химические вещества, под воздействием которых образуются светящиеся облака. Наблюдения за ними позволяют узнать скорость и направление ветра, распределение температуры атмосферы в разных широтах в разное время года.
Методы изучения погоды всё время улучшаются. Учёные института экспериментальной метеорологии разработали новые приборы для изучения атмосферы на очень больших высотах – метеорный и оптический локаторы.
Метеорный локатор позволяет определить скорость и направление ветра на высотах 80–105 километров. В результате трения о воздух метеорные частицы сильно разогреваются, плавятся и образуют метеорный след. В августе, в ясном ночном небе, можно даже без очков и специальных приборов видеть десятки таких следов. Локатор находит нужный метеорный след, отслеживает его и измеряет параметры ветра. Радиус действия локатора – около 500 километров!
С помощью оптического локатора – лидара – учёным удалось обнаружить аэрозольный след, образовавшийся после падения крупного метеорита под Челябинском в феврале 2013 года. Облако метеоритной пыли дважды обогнуло земной шар, пока не рассеялось совсем), и специалисты ИЭМ оба раза зафиксировали его над Обнинском, на высоте около 42 километров.
А ещё в Институте экспериментальной метеорологии изучают проблемы изменения климата на планете. Три специальных станции исследуют особые факторы и природные явления, влияющие на изменение климата. Одна такая лаборатория находится в Обнинске, вторая – на озере Иссык-Куль, а третья – в Антарктиде, на станции Новолазаревская.
Учёные давно заметили, что средняя температура воздуха на планете повышается. А вдруг она поднимется до такой величины, что там, где были сады, будет пустыня? А если температура поднимется ещё выше, то растопятся все льды и снег. И тогда уровень океана может подняться на такую высоту, что вода покроет огромные пространства с городами и полями. Ученые ИЭМ задумались над этим и начали разрабатывать методы сохранения современного климата. В этом им помогают эксперименты, которые проводятся в климатических камерах и в реальных условиях. Эта задача настолько важна, что решать её нужно сообща с учёными всего мира.
«Лучики»
Институт экспериментальной метеорологии появился как один из «лучиков» той «снежинки», в центре которой находится ФЭИ – Физико-энергетический институт. Так часто бывает: появление одного научного центра приводит к созданию многих других. Теперь в Обнинске действуют несколько самых разных научно-исследовательских институтов, где изучают важные проблемы науки и техники. В Медицинском радиологическом научном центре имени А.Ф. Цыба пытаются найти способы лечения пока ещё неизлечимых заболеваний. В Физико-химическом институте имени А.Я. Карпова создают специальные медицинские радиоактивные препараты – изотопы, без которых врачам трудно поставить правильный диагноз. Во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии ищут способы, позволяющие снизить риск радиоактивного заражения овощей, фруктов, злаков и других сельскохозяйственных культур.
В Обнинском научно-производственном центре «Технология» создаётся очень прочное (так просто его не разбить!) стекло и другие редкие материалы для самолётов и космических кораблей. Вот, например, специальная теплозащитная плитка для обшивки космического корабля «Буран» была разработана именно в Обнинске. А среди новейших разработок – стёкла с многослойным наноразмерным (в сто тысяч раз тоньше волоса) металлическим покрытием для кабин боевых самолётов. Такие стёкла сдерживают излучение радиолокационных волн от приборов в кабине пилота, и самолёт становится невидимым для радаров противника. Но и это не всё! Специалисты «Технологии» изготавливают хвостовое «оперение» для железных птиц. Вы, конечно, догадались, что речь идёт о хвостовой части самолёта: сверхпрочная конструкция из углепластика выпускается для пассажирского самолёта МС-21.
Есть в Обнинске ещё один особенный институт – Федеральный исследовательский центр «Единая геофизическая служба Российской Академии наук». Это центральный пункт наблюдения за процессами, которые происходят в недрах земного шара. На глубине тридцати метров вырыта штольня, похожая на тоннель метро, а в ней – сейсмографами. Эти специальные чувствительные приборы регистрируют все толчки и колебания – землетрясения или взрывы – неважно, в какой точке нашей планеты они происходят. Сюда же поступает информация со всех сейсмологических станций России (и даже из Антарктиды), а обнинские ученые её анализируют и обобщают.
Рассказы обо всех научно-исследовательских центрах, которые успешно работают в Обнинске, в одну детскую книжку не вместить. Но про один институт нельзя не сказать. Правда, он не научно-исследовательский, а учебный. Горожане называют его ИАТЭ, хотя у него есть официальное имя – Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». Это единственный в нашей стране Институт атомной энергетики, где готовят специалистов для работы на атомных станциях. Здесь учатся самые обычные студенты, но, может быть, и среди них найдутся те, кто со временем, как паровички, потянут за собой отечественную или даже мировую науку.
