Атомная электростанция

АТОМНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Shutterstock 334258334

Первая в мире атомная электростанция была построена в СССР. Работу возглавил ученый Игорь Курчатов. В 1943 году он создал в Москве свой исследовательский центр, где были повторены все исследования по получению чистого урана и графита. В декабре 1946 года была осуществлена первая цепная реакция на опытном ядерном ураново-графитовом реакторе Ф1 мощностью до 100 Вт. Полученные данные послужили основой для проектирования большого промышленного реактора.

Строительство было поручено «НИИхиммаш», которым руководил Николай Доллежаль, совместно с еще несколькими институтами.

Существование запаздывающих нейтронов является решающим для возможности осуществления управляемой цепной реакции. В 1948 году был построен плутониевый завод с несколькими промышленными реакторами, а в августе 1949 года была испытана первая советская атомная бомба.

После этого больше внимания уделялось мирному использованию атомной энергии. Фейнберг и Доллежаль начали разрабатывать проект реактора для атомной электростанции на медленных нейтронах с графитовым замедлителем и водяным теплоносителем. Планируемая мощность первой атомной электростанции 5000 кВт. Непосредственно строительством АЭС руководила Обнинская физико-энергетическая лаборатория.

За основу была взята конструкция промышленного реактора. Только вместо урановых стержней предусматривались урановые тепловыводящие элементы — твэлы. По эскизным чертежам вырисовывался следующий облик реактора. В средней части цилиндрического корпуса находится активная зона — графитовая кладка, пронизанная каналами для твэлов и стержней, поглощающих нейтроны и автоматически поддерживающих равновесие на заданном уровне. В нижнюю часть сборки твэлов поступает холодная вода (температура около 190 градусов). Пройдя через тепловыводящие элементы и став на 80 градусов горячее, она попадала в верхнюю часть сборки, а оттуда — в коллектор горячей воды под давлением в 100 атм. Из коллектора горячая радиоактивная вода текла по трубам в теплообменник-парогенератор, после чего, пройдя через циркулярный насос, возвращалась в коллектор холодной воды. Этот ток назывался первым контуром. Во втором контуре вода была нерадиоактивна. Нагревшись в теплообменнике до 190 градусов и превратившись в пар под давлением 12 атм она подводилась к турбине, где и производила свою полезную работу. Покинувший турбину пар должен был конденсироваться и снова направляться в парогенератор. КПД всей энергетической установки составлял 17%.

Особенно сложным элементом были твэлы, от устройства которых во многом зависело КПД всей установки. Из нескольких вариантов были выбраны твэлы, разработанные Владимиром Малых — с ураново-молибденовым порошком (уран был обогащен до 5%), спрессованным с тонко измельченным магнием — этот металл должен был создать эффективный тепловой контакт урано-молибденового сплава со стенкой твэла.

Материалом для тепловыводящих элементов была выбрана нержавеющая сталь, а позднее разработан специальный циркониевый сплав. Для изготовления твэлов была разработана технология сварки нержавеющей стали. Реактор был пущен в мае 1954 года, а в июне того же года АЭС дала первый ток.

Система управления первой АЭС предусматривала возможность автоматического и ручного дистанционного управления регулирующими стержнями, для аварийной остановки реактора и замены твэлов. Известно, что ядерная реакция начинается лишь при достижении некоторой критической массы делящегося вещества. Однако в процессе работы реактора ядерное горючее выгорает. Поэтому необходимо рассчитать значительный запас топлива, чтобы обеспечить работу реактора значительное время. Влияние сверхкритического запаса на ход реакции компенсировалось специальными стержнями, поглощающими избыточные нейтроны. При необходимости увеличить мощность реактора (по мере выгорания горючего) регулирующие стержни несколько выдвигались из активной зоны реактора, когда реактор находится на грани цепной реакции и идет активное деление ядер урана. Также были предусмотрены стержни аварийной защиты, опускание которых в активную зону гасило ядерную реакцию.