Эволюция мирного атома: от уран-графитового реактора до реактора на быстрых нейтронах

30.06.19 20:41

Как всё начиналось 

 

После атомной бомбардировки США японских городов Хиросимы и Нагасаки вплоть до 1949 года основные усилия советских ученых были направлены на разработку ядерного оружия. В мае 1950 года вышло постановление Совета министров СССР о создании опытной энергетической установки на площадке Лаборатории «В»  в Обнинске  (ныне — Физико-энергетический институт имени А. И. Лейпунского). Проектное задание было подготовлено всего за год, а еще через три года состоялся энергетический пуск реактора (на фото слева). 

 

Такой короткий срок проектирования, возведения и запуска АЭС в работу кажется фантастическим даже сегодня. Остается удивляться, как это удалось в те годы, когда самым распространенным инструментарием были логарифмическая  линейка и арифмометр, проектирование еще не автоматизировали, а экспериментальные данные в области ядерной физики оставались скудны. 

 

Ученым и инженерам нужно было выбрать уровень обогащения и длительность топливной кампании (время работы реактора с одной загрузкой топлива), продумать меры ядерной безопасности, создать надежные тепловыделяющие элементы и решить массу других принципиальных вопросов. 

 

 

              Компоновка первой в мире АЭС 

 

Никто не знал, сколько проработает первая АЭС. Допускали, что реактор придется остановить сразу после того, как он даст промышленный ток. Спустя месяц после начала эксплуатации создатели станции выявили немало проблем и конструктивных дефектов. Но, несмотря на предложения свернуть проект после одной-двух топливных кампаний, сподвижники мирного атома все же решили провести ремонт, заменить отдельные элементы и продолжить эксплуатацию. В итоге первая атомная станция проработала 48 лет, за эти годы на объекте не случилось ни одной аварии. Обнинскую АЭС остановили только в 2002 году, в основном, по экономическим причинам. 

 

Конструкция первой АЭС 

 

Установленная электрическая мощность первой атомной станции была небольшой — всего 5 МВт, тепловая — 30 МВт. Сердцем АЭС был уран-графитовый реактор канального типа. Он представлял собой графитовый цилиндр диаметром 3 метра и высотой 4,6 метра с каналами для 128 сборок с топливом, а также стержней, регулирующих реакцию деления атомов. 

 

Тепловыделяющие элементы представляли собой две вставленные друг в друга трубки, в кольцевом зазоре между ними находился обогащенный уран. Для отвода тепла из реактора использовалась вода под давлением 100 атмосфер.  

 

При проектировании Обнинской АЭС было решено замкнуть радиоактивную воду в отдельном контуре. Нагретая вода поступала на парогенераторы, отдавала тепло и с помощью циркуляционных насосов возвращалась обратно в реактор под давлением. Внутри парогенератора радиоактивная вода двигалась по трубкам и отдавала тепловую энергию чистой воде второго контура. В результате теплообмена образовывался пар, который отправлялся к паровой турбине. Такое разделение на два контура позволило использовать на АЭС обычные турбины, как на угольных и прочих электростанциях.

 

Реактор был заключен в стальной цилиндрический кожух, снизу закрыт стальной плитой, а сверху — чугунной. Этот герметичный объем был заполнен инертным газом — азотом и окружен цилиндрическим резервуаром с водой. Весь реактор вместе с водяной защитой был помещен в бетонную шахту со стенками толщиной три метра. Парогенераторы и насосы также находились в защищенных помещениях. 

 

 

 Схема реактора  

 

 Управление оборудованием АЭС производилось с центрального пульта 

 

Миссия станции - мирный атом

 

Удивительно, но первую АЭС не засекретили. Напротив, она должна была демонстрировать технические достижения Советского Союза и его дружественный настрой во внешней политике. За первые 20 лет станцию посетили около 60-ти тысяч человек, в том числе почти девять тысяч иностранцев. 

 

С 1956 года на Обнинской АЭС начали проводить научные эксперименты и масштабные исследования, необходимые для создания более мощных атомных электростанций. Здесь проходили обучение экипажи атомных подводных лодок, первого атомного ледокола, эксплуатационный персонал первых блоков Белоярской и Нововоронежской АЭС, специалисты из дружественных социалистических стран. 

 

На базе Обнинской АЭС атомщики проводили испытания, которые позволили спроектировать и запустить в безопасную эксплуатацию первую очередь Белоярской АЭС  и Билибинскую АЭС. Именно здесь отрабатывали конструкцию ядерных энергоисточников для космоса и отдельные элементы реакторов РБМК для ряда станций страны. Ученые опробовали самые разные теплоносители, конструктивные материалы и схемы активных зон и систем охлаждения реакторных установок. И именно в Обнинске были заложены принципы современных реакторов на быстрых нейтронах (БН), которые, по мнению специалистов Росатома, станут основой атомной энергетики будущего. 

 

Так выглядит реакторный зал первой АЭС сегодня 

 

После останова объект решили сохранить как памятник науки и техники. В 2008 году пристанционные хранилища освободили от отработавшего топлива, а в 2015 году демонтировали и вывезли все радиоактивные узлы и агрегаты. Сейчас в помещении находится Музей первой в мире АЭС. Ежегодно его посещают более пяти тысяч человек, а студентов профильных вузов здесь посвящают в атомщики. В память о пуске электростанции 26 июня отмечается День мирного использования ядерной энергии. 

 

 

Неподалеку от Музея первой АЭС сохранился дом, в котором 1953-1954 гг. жил и работал И. В. Курчатов, и лавочка, на которой любил отдыхать руководитель первого советского атомного проекта 

Здание первой в мире АЭС

 

Что дальше? 

 

Сегодня Физико-энергетический институт, на базе которого 65 лет назад была создана Обнинская АЭС, продолжает исследования в области  реакторов на быстрых нейтронах. Здесь создан комплекс “быстрых” физических стендов, в том числе самый большой критический стенд для моделирования реакторов типа БН. 

 

В мире действует только два промышленных реактора на быстрых нейтронах. Оба они находятся на площадке Белоярской АЭС в Свердловской области: БН-600 эксплуатируется почти 40 лет, а БН-800 — три с половиной года. Особенность БН-800 в том, что он имеет гибридную активную зону, то есть может работать не только на изотопе урана U235, но и на МОКС-топливе (смешанном оксидном урано-плутониевом). Такое топливо получают в результате переработки облученного топлива тепловых атомных энергетических реакторов (к примеру, водо-водяных — ВВЭР) и оружейного плутония, решая таким образом проблему его утилизации. 

 

 Комплекс  “быстрых” физических стендов ФЭИ 

 

Сейчас на критическом стенде ФЭИ собрана активная зона, которая позволит смоделировать поведение реактора БН-800 при полной загрузке МОКС-топливом. К осени в институте рассчитывают получить разрешение от Ростехнадзора на начало испытаний. 

 

Также ФЭИ ведет научные разработки для перспективного реактора БН-1200, который должен стать серийным. В соответствии с планами Росатома, до 2030 года на Белоярской АЭС планируется ввести в эксплуатацию энергоблок № 5 с реактором этого типа. В перспективе госкорпорация рассчитывает перейти к двухкомпонентной атомной энергетике с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах и замкнуть ядерный топливный цикл. 

 

Екатерина Зубкова 

 

  При перепечатке статьи  ссылка на www.EnergyLand.info  обязательна. Для интернет-ресурсов - гиперссылка. 

 

Фото Анны Ракитиной, рисунки и архивное фото — с сайта ФЭИ 

 

Рекомендация от автора: Фильм «Первая в мире» (1955 год) наиболее полно объясняет устройство первой в мире атомной электростанции, в 50-60-ых гг.  двадцатого  века его демонстрировали широкой публике не только в кинотеатрах СССР, но и в других странах. 

Читайте также: