Obninsk NPP — historien om världens första kärnkraftverk
Den 27 juni 1954, nära Moskva, i staden Obninsk, togs världens första kärnkraftverk (NPP-1) med en användbar effekt på 5000 kW i drift.
Uranus upptäcktes 1789 av den tyske kemisten Martin Klaproth och fick sitt namn efter planeten Uranus. Decennier senare, i december 1951, vid EBR-I Experimental Breeder Reactor i Arco, Idaho, USA, producerade kärnkraften el för första gången – för att driva fyra glödlampor. EBR-I är dock inte konstruerad för att generera elektricitet.
NPP-1 i Obninsk är världens första kärnkraftverk som producerar el för kommersiellt bruk.
Världens första kärnkraftverk
I skapandet av den första i världen kärnkraftverk Sovjetunionens ledande institut, designbyråer och fabriker deltog. Den vetenskapliga hanteringen av problemet utförs av Institute of Atomic Energy (IAE) och personligen av akademiker I. V. Kurchatov. Sedan 1951 har den vetenskapliga och tekniska förvaltningen anförtrotts Institutet för fysik och energi och dess chef professor D. I. Blohintsev.
A.K.Krasin är den första biträdande direktören. Utvecklingen av bränsleelement (bränslestavar) leddes av V.A. Malykh. Designen av reaktorn utfördes av ett team ledd av akademiker N. A. Dolezhal och hans närmaste assistent P. I. Aleshenkov. Ett av de viktigaste systemen - reaktorkontroll- och skyddssystemet - utvecklades under ledning av I. Ya. Emelyanov, en motsvarande medlem av USSR:s vetenskapsakademi.
Bygget av Obnisks kärnkraftverk på 1950-talet
I februari 1950 föreslog forskare att man skulle bygga en experimentell reaktor i Moskva-regionen för att generera 30 000 kW värme och 5 000 kW elektricitet. Sovjetunionens ministerråd godkände projektet i maj 1950.
I slutet av december 1950 släpptes en konstruktion av reaktorn och värmekraftverket och i slutet av följande år påbörjades detaljkonstruktion och tillverkning av utrustning. Bygget påbörjades i juli 1951.
En vatten-grafitkanalreaktor valdes för det första kärnkraftverket. I den är moderatorn grafit, och vatten tjänar till att avlägsna värmen som frigörs i bränsleelementen (förresten, det deltar också i moderering av neutroner).
USSR. Kaluga regionen. Obninsk. Reaktor till världens första kärnkraftverk. Foto av TASS / Valentin Kunov
Den grundläggande strukturen för en kraftreaktor - en komplex och dyr teknisk struktur - är ganska enkel.
Vatten-grafitkanalreaktorer, stamfadern till det första kärnkraftverket, består av en stapel grafitblock genomborrade med vertikala hål. Hålen bildar ett enhetligt rutnät. De innehåller bränslekanaler med bränsleelement och kontroll- och skyddsanordningar (CPS).
Grafitpaketet placeras i ett förseglat reaktorutrymme som är fyllt med en inert gas. Reaktorutrymmet utgörs av en bottenplatta som murverket vilar på, en sidomantel och en övre platta med öppningar motsvarande öppningarna i murverket.
För att ta bort värmen som frigörs i bränsleelementen i det första kärnkraftverket tillhandahölls två cirkulationskretsar.
Den första kretsen är tätad. I den matas vattnet (kylvätskan) ovanifrån in i varje bränslekanal, där det värms upp, kommer sedan in i en värmeväxlare - en ånggenerator, efter kylning, där pumparna återför den till reaktorn.
I den andra kretsen, i ånggeneratorn, alstras ånga som driver en konventionell turbin, och energireaktorn ersätter alltså ångpannan i det termiska kraftverket. På grund av detta kallas det ofta ett ångalstrande kärnkraftverk.
Strukturdiagram av reaktorn i det första kärnkraftverket
Nu ser enheten i det första kärnkraftverket enkel och vanlig ut. Speciellt för specialister. Men för nästan 70 år sedan, när det skapades, fanns det ingen analog, modell eller bänk att kontrollera resultaten av beräkningar på.
Och det var många frågor. Hur fördelar man vattnet från primärkretsen till alla 128 bränslekanaler och ytterligare fyra bränsleceller från varje kanal, och hur kommer denna fördelning att förändras när kanaleffekten ändras (oundvikligt under drift)?
Hur kommer reaktorn att bete sig när det återigen sker en oundviklig förändring av vattnets densitet i kanalen, särskilt under dess uppvärmning under uppstart och kylning under avstängning, när reaktorn övergår från en tillförsel till en annan, etc.?
När det första kärnkraftverket startade, mottogs svar på dessa och många andra frågor, vilket till fullo bekräftade förväntningarna hos forskare och kraftverksutvecklare.
Lösningarna som var involverade i konstruktionen av det första kärnkraftverket visade sig vara så framgångsrika att det även nu, efter fyrtio års drift, fortsätter att användas framgångsrikt för vetenskapliga och tekniska experiment.
1956 kopplades Calder Hall 1, det första kommersiella kärnkraftverket, till det brittiska nationella nätet. 1958 öppnade det första kommersiella kärnkraftverket i USA, Shipport Nuclear Power Plant. 1964 var den första franska kraftreaktorn EDF1 i drift i Chinon vid floden Loire.
I cirka 4 år, innan det sibiriska kärnkraftverket öppnades i Tomsk, förblev Obninsk den enda kärnreaktorn i Sovjetunionen. Nästa sovjetiska kärnkraftverk som skulle anslutas till deras elnät var 100 MW Beloyarsk Power Plant No. 1 1964 (se — Rysslands kärnkraftverk).
Reaktorerna i den första etappen av kärnkraftverket Beloyar och kärnkraftverket Bilibin låg närmast reaktorn i Obninsk. Men det finns också grundläggande skillnader. Vid kärnkraftverket i Beloyarsk användes nukleär överhettning av ånga för första gången i världspraktiken.
Erfarenheten av att skapa och ett decennium av drift av kanalreaktorer gjorde det möjligt att utveckla ett projekt för en serieeffektreaktor RBMK (high power boiling reactor). Dess termiska schema är detsamma som för reaktorer med vatten-grafitkanaler, men bränsleelementen är inte rörformade, utan stavformade, med ett foder av zirkoniumlegering, som svagt absorberar neutroner.
18 sådana bränslestavar kombineras till en bränslepatron, som är monterad ovanpå i ett zirkoniumrör, som bildar en bränslekanal. Skydds- och kontrollanordningar går i samma rör.
Utformningen av bränslekanalerna gör det möjligt att ladda om bränslet (med en speciell maskin) utan att stänga av reaktorn, vilket är oundvikligt för nästan alla andra typer av reaktorer. Reaktorns gångtid vid ström ökar och effektiviteten i uranutnyttjandet ökas avsevärt.
Strukturdiagram av kanalvatten-grafitreaktor RBMK
Den första RBMK med en elektrisk kapacitet på 1000 MW installerades vid Leningrads kärnkraftverk, som togs i drift 1973. Samma reaktorer installerades vid kärnkraftverket i Tjernobyl.
I slutet av 1983 togs den första RBMK-1500 i drift vid kärnkraftverket Ignalina. På mindre än 30 år har alltså enhetseffekten i reaktorerna ökat 300 gånger. En RBMK-1500 har samma kapacitet som alla kraftverk byggda under GOELRO-planen. Ignalina-reaktorn var den mest kraftfulla i världen under flera år.
Enligt Internationella atomenergiorganet finns det för närvarande 443 civila kärnreaktorer i drift i världen, med ytterligare 51 under uppbyggnad.
Huvudkontrollpanelen för Obninsk NPP
Obninsk NPP stängdes och avvecklades i april 2002, d.v.s. den fungerade i 48 år utan incidenter, vilket är 18 år längre än ursprungligen planerat, och under den tiden hade stationen endast en översyn.
Vikten av det första kärnkraftverket kan knappast överskattas.Dess roll är enorm i utvecklingen av kärnenergi, för att motivera de tekniska lösningar som ingår i projekten för nästa stationer, i utbildningen av högt kvalificerad personal.
År 2009 inrättades ett museum för kärnenergi på basis av kärnkraftverket Obninsk.