МИССИЯ ПЕРВОЙ АЭС
Марина ХАЛИЗЕВА, обозреватель журнала «Наука в России»
27 июня 1954 г., более 60 лет назад, в Лаборатории «В» (ныне Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского), расположенной в небольшом поселке Обнинское Калужской области, советские физики осуществили пуск АЭС мощностью 5 МВт. Это была первая в мировой истории атомная станция,
подключенная к внешним сетям. Планета узнала, что с помощью ядерной реакции можно не только разрушать, но и созидать, кардинальным образом меняя жизнь человечества. С этой даты начался отсчет мирного использования атомной энергии.
ЗАДОЛГО ДО ИСПЫТАНИЯ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ
Идея создания станции принадлежала академику Игорю Курчатову*. Уже осенью 1942 г., согласно архивным документам, на этапе вступления в должность руководителя отечественного уранового проекта Игорь Васильевич обратил внимание правительства на перспективы внедрения атомной энергии в народное хозяйство. А по мере приближения к основной задаче — созданию бомбы — он высказался еще определеннее: решать ее необходимо в органичном единстве с мирным использованием энергии атома. Поэтому в начале 1946 г., т.е. задолго до испытания грозного оружия (август 1949 г.), он набросал про-
*См.: Е. Велихов. Гордость российской науки; В. Сидоренко. Зачинатель атомной энергетики Советского Союза; Ю. Сивинцев. Несколько незабываемых встреч; Р. Кузнецова, В. Попов. Научное наследие академика Курчатова. — Наука в России, 2012, № 6 (прим. ред.).
грамму возможных приложений ядерных технологий в науке и современных отраслях промышленности. «Нет сомнения в том, — писал Курчатов, — что атомная энергия и радиоактивные вещества, которые будут получены в атомных установках, найдут в недалеком будущем разнообразное применение в технике, биологии и медицине. Возникнут, вероятно, возможности преобразования энергии не только в тепловую, но и в другие виды энергии (электрическую и химическую), будут разработаны конструкции двигателей, использующих энергию урана. Своевременно уже сейчас начать работы в этих направлениях».
Весной 1947 г. Курчатов обратился к куратору отечественных разработок ядерного оружия и ракетной техники Лаврентию Берии с предложением использовать энергосиловые установки в авиации, морском флоте и строительстве электростанций, а также выразил готовность немедленно приступить к проектным работам.
Схема работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе.
Здание реактора
К водохранилищу или градирне
К осени 1949 г. в возглавляемой Игорем Васильевичем Лаборатории № 2 (ныне НИЦ «Курчатовский институт»)* подготовили обстоятельную записку «Атомная энергия для промышленных целей», представленную по распоряжению руководителя в Первом главном управлении (ПГУ) при Правительстве СССР одним из ведущих специалистов в области реакто-ростроения доктором физико-математических наук Савелием Фейнбергом. В ней, в частности, были изложены соображения о возможности практического
*См.: А. Гагаринский, Е. Яцишина. От секретной лаборатории к национальному исследовательскому центру. — Наука в России, 2013, № 2 (прим. ред.).
применения графитового реактора-наработчика плутония для производства электроэнергии. Через год Курчатов и директор НИИ химического машиностроения (НИИхиммаш) Николай Доллежаль доложили на совещании в ПГУ результаты поисковых исследований и конструкторских работ по вариантам атомной станции. Вскоре после этого вышло правительственное постановление о создании в нашей стране Первой АЭС. Научным руководителем работ назначили Курчатова, расчетчиком физических параметров реактора — Савелия Фейнберга, главным конструктором уранового котла — инженера-теплотехника Николая Доллежаля, проектировщиком АЭС — коллектив ле-
Конструкция Первой в мире АЭС: 1 — реактор; 2 — центральный зал;
3 — сервоприводы стержней управления; 4 — бассейн выдержки; 5 — коллектор первого контура; 6 — центральный пульт управления; 7 — парогенератор; 8 — привод задвижки первого контура;
9 — коридор коммуникаций;
10 — циркуляционный насос;
11 — насосный узел станции;
12 — подпиточный насос первого контура; 13 — физическая лаборатория;
14 — лаборатория для получения изотопов.
Канальный уран-графитовый реактор с водяным теплоносителем Первой в мире АЭС: 1 — активная зона реактора; 2 — верхний отражатель; 3 — боковой отражатель; 4 — нижний отражатель; 5 — кожух реактора; 6 — нижняя плита; 7 — верхняя плита; 8 — водяная защита; 9 — верхняя бетонная защита; 10 — нижний ряд защитных плит; 11 — верхний ряд защитных плит; 12 — охлаждение водяной защиты; 13 — охлаждение нижней плиты; 14 — охлаждение бетонного основания; 15 — стояк системы охлаждения отражателя; 16 — нейтронная защита; 17 — чугунные блоки; 18 — опорное кольцо; 19 — выходной коллектор; 20 — напорный коллектор; 21 — канал ионизационной камеры; 22 — технологический канал; 23 — канал аварийной защиты; 24 — канал компенсирующего стержня; 25 — канал стержня автоматического регулирования; 26 — сервоприводы.
нинградского Всесоюзного проектного и научно-исследовательского института комплексной энергетической технологии (директор Александр Гутов). Местом сооружения была выбрана Лаборатория «В», созданная в мае 1946 г. в 100 км от Москвы и спустя полтора десятилетия получившая название «Физико-энергетический институт». Тогда коллектив возглавлял известный специалист по квантовой механике и ядерной физике член-корреспондент АН СССР Дмитрий Блохинцев. Ему в 1951 г. Курчатов передал научное руководство разработкой, строительством и пуском Первой АЭС, поскольку сам сосредоточился на проблемах создания водородной или «сверхбомбы». Но Игорь Васильевич не выпускал станцию из поля зрения, продолжал курировать объект. С пристрастием интересовался всем, что делали в Лаборатории, на строительной площадке. В последние месяцы перед пуском подолгу задерживался в поселке, лично контролируя основные участки работ по чертежам и на месте.
СИСТЕМА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ НА АЭС
Планируемая мощность энергетического объекта (5000 кВт) во многом была определена случайно. Первая московская электростанция им. П.Г. Смидо-вича, списав вполне работоспособный турбогенератор мощностью 5000 кВт, переправила его в Обнинск. Под эту машину и решили «подстраивать» экспериментальную станцию.
Еще на стадии разработки проекта Технический совет Министерства среднего машиностроения, обсуждая варианты силовой установки, принял принципиальное решение сооружать канальный уран-графитовый реактор с водяным теплоносителем. В историю он вошел под аббревиатурой АМ (атом мирный).
Для того чтобы обеспечить безопасность работы блока при возможных аварийных ситуациях, на Об-
нинской АЭС решили использовать двухконтурную систему теплопередачи, конструктивно разделив теплоноситель (им является вода) и рабочее тело (пар, преобразующий тепловую энергию в электрическую). В средней части цилиндрического корпуса реактора диаметром примерно 1,5 м находилась активная зона — графитовая кладка высотой ~ 170 см, пронизанная каналами. Одни из них — для ядерного горючего, другие — для стержней, поглощающих избыточные нейтроны, поддерживающие реакцию на заданном уровне. Энергия, выделяющаяся при расщеплении ядер урана, передавалась теплоносителю первого контура. Циркулирующая в нем радиоактивная вода нагревалась, но не вскипала, превращаясь в пар, поскольку находилась под давлением ~ 100 атмосфер. Далее она поступала в теплообменник (парогенератор), где нагревала до температуры ~260—270оС воду второго контура — нерадиоактивную и безопасную для окружающих. Образовавшийся при ее кипении пар под давлением 12,5 атмосфер поступал в турбину, на валу которой был установлен электрогенератор мощностью 5 МВт. Выполнив свою полезную работу, он охлаждался в конденсаторе и, превращаясь в воду, вновь устремлялся в парогенератор.
Применение двухконтурной системы теплосъема, утверждали разработчики, исключало возможность попадания радиоактивной воды в турбину и ее коммуникации. Благодаря этому обслуживание техники ничем не отличалось от сервиса на теплоэлектростанциях и не требовало создания устройств биологической защиты.
СКВОЗЬ ЧАСТОКОЛ ПРОБЛЕМ
Принцип действия самого реактора уже прошел практическую апробацию на первом промышленном «котле» для наработки оружейного плутония. Его только
что, в 1948 г., ввели на проектную мощность в закрытом городе Челябинск-40*. Разработчиком технического проекта и той, и другой установки был НИИхиммаш, что, несомненно, снижало риски возникновения погрешностей при сооружении нового объекта.
Однако по сравнению с промышленным реактором обнинский имел, по крайней мере, два принципиальных отличия. В первом вода служила только охладителем. А здесь она выступала в роли энергоносителя. И вторая важная особенность — использование в активной зоне вместо урановых стержней тепловыделяющих элементов — твэлов. Они имели кольцевую конструкцию, образованную двумя трубками — внутренней (несущей) и внешней (оболочкой). Зазор между ними заполнялся ураном. А по внутреннему каналу протекала вода (при такой компоновке ее проще нагреть до нужных температур). В процессе работы установки необходимо было обеспечить относительно невысокую температуру ядерного горючего и ограничить его «распухание».
Технология изготовления главного конструктивного элемента активной зоны оказалась делом многотрудным. Прежде всего следовало определить состав топливной композиции. От него зависело не только успешное протекание цепной реакции, но и благоприятные условия для передачи тепла воде, протекающей по внутреннему каналу трубки.
К разработке тепловыделяющих элементов Мин-средмаш привлек четыре группы физиков: из Лаборатории измерительных приборов АН СССР (ныне НИЦ «Курчатовский институт»), НИИ-9 (Высокотехнологический научно-исследовательский институт
*См.: М. Хализева. Без права на ошибку. — Наука в России, 2008, № 4 (прим. ред.).
неорганических материалов им. А.А. Бочвара), Харьковского физико-технического института и Лаборатории «В», где сооружали реактор. За полтора года специалисты разработали 9 вариантов твэлов. Конструкции, пре
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.