В кладке предусматривались также пять горизонтальных каналов контрольно-измерительной аппаратуры. Подаваемые от нее электрические импульсы детекторов воспроизводились в звуковых динамиках и на гальванометре, установленных в комнате управления и в центральном зале. Для будущих экспериментов в кладке предусматривался широкий горизонтальный туннель. В нем предполагалось облучать образцы различных материалов и изучать биологическое воздействие нейтронного потока на живые организмы (мышей, крыс, собак).

15 ноября 1946 года Курчатов принял решение о начале сборки. 20 ноября на дне котлована выложили первый графитовый слой. Начальные слои многократно перепроверяли, перекладывали. Потом дела пошли быстрее — выкладывали по два-три слоя за день. Сборка первых двадцати пяти слоев проходила без особых мер предосторожности, точно по картограммам. Но когда в горизонтальный канал был установлен «запальный» источник нейтронов, начали вести радиационный контроль и обстановка сразу изменилась. Напряжение, ожидание неожиданностей нарастали с каждым выложенным слоем. С 28-го слоя Курчатов ночевал в только что выстроенном для него на территории лаборатории доме. Он дал команду еще раз тщательно проверить и привести в рабочее состояние стержни СУЗ, включить все приборы радиационного контроля, детекторы нейтронного потока и гамма-излучения, находившиеся внутри активной зоны и в разных точках здания. Опасность пускового момента заключалась в том, что надо было подойти к критическим размерам реактора осторожно, ведя постоянное наблюдение за уровнем нейтронного потока внутри сборки. Цепная реакция могла развиться неожиданно.

По теоретическим расчетам критичности ожидали достигнуть на 75-м слое. Но все инженеры понимали, что слепое доверие к теории в данном случае принципиально исключено. Поэтому величину потока нейтронов после укладки очередного слоя тщательно замеряли и полученные данные анализировали, что позволяло прогнозировать резкое возрастание потока и приближение к критическим размерам по мере роста числа слоев. Начиная с 38-го слоя каждый следующий слой укладывали при опущенных вниз аварийных стержнях. Потом стержни поднимали вверх и производили замер потока нейтронов. Далее стержни вновь опускали и сборку продолжали. После 50-го слоя Курчатов практически не выходил из реакторного здания. Некоторые из рабочих в последние три дня тоже не уходили домой, ночевали на полу в здании реактора. На 58-м слое обнаружилось кратковременное нарастание скорости счета импульсов. Котел приближался к критическим размерам. Строящийся график предсказывал начало цепной реакции на 61-м слое. К шести часам вечера 24 декабря рабочие собрали этот слой. Уверенный, что теперь реактор «пойдет», Курчатов отпустил рабочих домой, оставшись с несколькими инженерами. Сам сел за пульт управления. Несколько раз поднимая стержни, он пытался «оживить» реактор. Поток нейтронов возрастал, но через некоторое время насыщался и стабилизировался. К часу ночи Курчатов убедился, что придется класть еще один слой. В ожидании рабочих задремал в кресле на пару часов. Рано утром 25 декабря сборку продолжили. Уполномоченный Совмина генерал НКВД Н. И. Павлов не отходил от Курчатова ни на шаг, фиксируя каждое его движение или указание[553]. К 15 часам 25 минутам 62-й слой был готов. Реактор достиг критических размеров. Для страховки Курчатов приказал всем, не имеющим непосредственного отношения к пуску, покинуть здание.

Пуск производили с предельной осторожностью. Сначала извлекли оба аварийных стержня. Управляющий стержень поднимали вверх по десять сантиметров, с паузами для замеров и построения нового графика. Реактор плавно «разгонялся». По раздававшейся звуковой дроби счетчиков нейтронов, помещенных в активную зону реактора и соединенных с громкоговорителем, можно было судить об интенсивности протекаемой цепной реакции. По приказу Курчатова в момент пуска кадмиевые стержни, сдерживающие реакцию, поднимали все выше и выше. Дробь в громкоговорителях нарастала, превращалась в гул, световые вспышки индикаторов сливались в глазах исследователей. Когда счетчики нейтронов буквально захлебнулись звуками нарастающей цепной реакции и реактор вышел на самоподдерживающий режим, Игорь Васильевич, не выпускавший из рук логарифмической линейки, на которой высчитывал важнейшие зависимости, расплылся в улыбке и воскликнул: «Пошло. Вот она!» Ликованию присутствующих не было предела[554].

В 18 часов 25 декабря 1946 года измерения, лично проведенные Курчатовым, засвидетельствовали, что саморазвивающаяся цепная реакция осуществлена. Первый в СССР и в Восточном полушарии реактор Ф-1 (физический первый) на природном уране был пущен. Академик Курчатов доказал возможность реализации «плутониевого» пути к овладению ядерной энергией и созданию атомного оружия. В этот день он решил важнейшую физическую задачу — доказал принципиальную осуществимость самоподдерживающейся реакции в системе графит — естественный уран и одновременно выяснил возможность управления реакцией с помощью поглощающих нейтроны стержней, наблюдал эффект запаздывающих нейтронов, подтвердил на практике теоретическую модель реакторных процессов.

С этого момента реактор стал для Курчатова рабочим инструментом, с помощью которого вскоре будут получены первые микроскопические весовые порции плутония, определены ядерные характеристики делящихся веществ, начнут проводиться физические эксперименты и нарабатываться радиоактивные изотопы для прикладных целей. Как физический инструмент он оказался исключительно полезен, безопасен и прост в эксплуатации[555]. Практически Курчатов решил задачи устройства и конструкции атомного реактора для получения плутония. Промышленный реактор был создан им вскоре в удивительно короткие сроки. Великий физик оказался не менее великим инженером.

Из воспоминаний заместителя Курчатова по научному руководству работами по созданию и пуску реактора Ф-1 И. С. Панасюка:

«25 декабря 1946 года в 14 часов при трех введенных в объем уран-графитовой решетки кадмиевых стержнях был закончен 62-й слой реактора. Все предварительно осуществленные эксперименты и расчеты твердо доказывали, что после извлечения из такой системы трех кадмиевых стержней эффективный коэффициент размножения (ЭКР) станет наконец большим единицы. В это время И. В. Курчатов находился в Главном здании, и я ему по телефону сообщил, что все готово для осуществления заранее предусмотренных и подготовленных процедур по пуску и исследованию фактически уже построенного реактора.

В „Монтажные мастерские“ на этот раз И. В. Курчатов прибыл не один. С ним приехал уполномоченный Совета Министров СССР. Вместе с ними в подземной Лаборатории „Монтажных мастерских“ у пульта управления реактором и возле него остались только И. В. Курчатов, Б. Г. Дубовский (ответственный за радиационную безопасность), Е. Н. Бабулевич (ответственный за СУЗ — систему управления и защиты, оператор), А. К. Кондратьев (лаборант) и я.