Первую атомную электростанцию запустили 70 лет назад — 26 июня 1954 года. Благодаря советским физикам Игорю Курчатову, Анатолию Александрову, Александру Лейпунскому, конструктору Николаю Доллежалю и другим талантливым учёным СССР опередил в гонке за «мирный атом» все страны. С этого началась история атомной энергетики.
Начало «новой эры»
Работы по изучению возможности использования в практических целях атомной энергии начались в СССР, ещё когда шла война. В 1943 году научным руководителем работ по атомной энергии назначили Игоря Курчатова. Он занимался разработками в области изучения разделения ядра урана и его возможностей в Лаборатории №2.
Через два года исследования по атомной энергетике отделили в Лабораторию «В», недалеко от станции Обнинское в Калужской области.
Сердце первой АЭС
Первоочередной задачей стала разработка самого важного элемента станции — «уранового котла», или ядерного реактора. Вариантов было много, но неизученных вопросов ещё больше. Какой тип реактора выбрать: на быстрых, промежуточных или медленных (тепловых) нейтронах? Какой использовать замедлитель: графит, тяжёлая или лёгкая (обычная) вода, бериллий? Какой теплоноситель лучше подойдёт: вода, газ или жидкий металл?
Выбрали три проекта опытных реактора: два уран-графитовых с водяным и гелиевым охлаждениями, третьим был уран-бериллиевый с жидкометаллическим охлаждением. Разработку проектов поручили научно-исследовательским и проектным институтам, опытно-конструкторским бюро, научно-производственным предприятиям и специально созданным лабораториям.
Созданием реактора на медленных нейтронах с графитовым замедлителем и гелиевым охлаждением занялся Институт физических проблем (ИФП), которым руководил Анатолий Александров. Группа Александра Лейпунского из Физико-энергетического института (ФЭИ) разрабатывала реактор с бериллиевым замедлителем и жидкометаллическим охлаждением. Наработки по жидкометаллическому охлаждению в реакторах пригодились позже для реакторов на быстрых нейтронах: атомных установках на подводных лодках и реакторов-бридеров. Например, на легендарной подводной лодке «Альфа» стоял мощный реактор со свинцово-висмутовым охлаждением.
Однако сердцем первой АЭС стал реактор на медленных нейтронах с графитовым замедлителем и водяным охлаждением (АМ), который разработал конструктор Николай Доллежаль из НИИ химического машиностроения. Он же предложил размещать реактор не горизонтально, как планировалось, а вертикально, что помогло преодолеть ряд препятствий.
Нельзя сказать, что другие опытные варианты были неперспективными, но по реактору с графитовым замедлителем и водяным охлаждением существовали теоретические наработки, были понятны сроки его сооружения, да и невысокая стоимость тоже сыграла немалую роль.
«В уран-графитовом котле может более, чем в других агрегатах, использован опыт обычной котельной практики: общая относительная простота агрегата облегчает и удешевляет строительство», — пояснял позже Игорь Курчатов.
Выбор реактора оказался удачным. Он отработал на 45 лет больше, чем закладывали в срок службы, претерпев несколько изменений по мощности и производительности. Из АМ «вырос» современный реактор ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор), который сейчас стоит на большинстве российских и многих зарубежных АЭС.
Атомная энергетика с нуля
После выбора типа реактора началась работа по проектированию активной рабочей зоны. Перед строительством здания необходимо понять, какое оборудование будет на станции, где его расположить и какую площадь оно займёт. Перед учёными и конструкторами стояли разные задачи: настройка оптимальных температуры и давления, выбор материалов, обеспечение безопасности, экономическая эффективность и многое другое.
«Для принятия инженерных решений нужно было, например, точно знать, как будут деформироваться под влиянием высокой температуры и собственного веса урановые блоки, как поведут себя при такой температуре и в условиях радиации другие материалы. И ещё множество разных вещей», — рассказал Николай Доллежаль в книге «У истоков рукотворного мира. Записки конструктора».
Кроме того, развёртывание добычи уранового сырья и производство обогащённого урана, налаживание выпуска чистого графита тоже создавались почти с нуля.
Немаловажно до строительства здания учесть и защиту от облучённых частей реактора. В полной мере тогда никто не понимал, насколько опасна радиация, какие имеет последствия, как от неё защищаться. Помог опыт защиты при работе с агрессивными средами (при производстве азотной и серной кислот, хлора и тому подобного), высокими давлениями и температурами.
Одной из самых сложных задач оказался выбор тепловыделяющего элемента. Подходящую конструкцию предложил советский физик-ядерщик Владимир Малых только в 1952 году, когда вовсю шло строительство здания первой АЭС.
Риск оказался оправданным
Основные конструкции и системы электростанции были закончены к 1953 году. Тепловая мощность АЭС определена в 30 МВт, а электрическая — 5 МВт, по проектной мощности турбогенератора.
В начале 1954 года начались настройка и проверка оборудования. Цепная реакция деления урана на модели выполнена 3 марта 1954 года, а в реакторе — 9 мая.
Вечером рабочего дня 26 июня пар подали на турбины, на станции начал вырабатываться электрический ток от реактора. Постепенно её мощность стали наращивать.
Через месяц станцию ненадолго, на 5-6 дней, остановили, чтобы исправить дефекты, выявленные при эксплуатации. Это не стало неожиданностью. Все понимали, что неполадки неизбежны, из-за нехватки знаний и опыта во многих сферах.
«Нам приходилось создавать устройство, где использовались ранее неведомые силы природы, силы, проявления которых никому из нас не приходилось ни увидеть, ни, как говориться, подержать в руках. И как поведут они себя, на какие неожиданности способны, с полной определённостью не могли ответить и сами физики-атомщики», — вспоминал Николай Доллежаль.
К счастью, дефекты оказались незначительными и не несли критического характера. В октябре оборудование полностью настроили и устранили все недочёты. Станция вышла на нужные параметры, всё шло согласно проекту. Двух тонн ядерного топлива хватало, чтобы обеспечить потребности в электроэнергии нескольких десятков тысяч человек на год.
«Наблюдения за реальным процессом управляемой цепной реакции не потребовали каких-либо серьёзных изменений в нашем проекте. Заложенные в его основу теоретические предпосылки физиков с Игорем Васильевичем Курчатовым во главе блестяще подтвердились. Риск оказался оправданным», — писал Доллежаль.
Обнинскую АЭС вывели из эксплуатации спустя 48 лет после запуска, в 2002 году. Теперь она работает как музей атомной энергетики. Станция и её история была и остаётся памятником тому, что за столь короткое время, опередив страны, которые уже владели атомными технологиями, наши талантливые учёные сделали атом мирным.
