Первая атомная электростанция в мире

Разговоры о мирном применении атома начались еще в 1945 году. Об этом гудела научная элита СССР, забрасывая правительство вполне конкретными предложениями о постройке ряда реакторов на уране разной степени обогащения и с различным охлаждением. Идеи были запущены в проработку, задачи поставлены различным НИИ по всей стране. Увы, почти все правительственные ресурсы ядерной отрасли того времени были направлены на создание советской атомной бомбы. Это неудивительно, ведь ослабленной войной стране был жизненно необходим инструмент ядерного сдерживания.

По счастью, проекты ядерного вооружения и мирного атома курировал один и тот же человек, уроженец Челябинской области, легендарный советский физик, глава института ЛИПАН Игорь Васильевич Курчатов. Он понимал, что мирная атомная энергетика вскоре изменит будущее всего мира. Поэтому, как только 29 ноября 1949 года были успешно проведены испытания первой русской атомной бомбы, в тот же день на совещании Научно-технического совета (НТС) Первого Главного управления (ПГУ) СССР Курчатов выдвинул предложение включить в план научно-исследовательских работ ПГУ на 1950 год проект реактора на обогащенном уране с небольшими габаритами только для энергетических целей. Это было первое упоминание реактора АМ, который в итоге стал основой первой АЭС в мире. Предложение было единогласно принято на собрании узкого круга НТС - директором Института физпроблем Анатолием Александровым, директором НИИХимаша Николаем Доллежалем и ученым секретарем НТС отрасли Борисом Поздняковым. Все четверо стали основателями атомной энергетики в СССР и во всем мире.

Как бы то ни было, в 1949 году речи об АЭС еще не шло. В приоритете были разработки атомных двигателей для передовых советских морских судов. То есть приоритетной цели строить именно электростанцию не стояло.

И тем не менее отцы-основатели русской атомной энергетики отчетливо понимали риски, с которыми неизбежно сопряжено изобретение нового способа использования цепной ядерной реакции, которую человечество освоило в целом буквально несколько лет назад. Поэтому прежде чем ставить ядерный реактор на корабль, стоило опробовать его на суше. Именно тогда было решено построить в Обнинске, на территории Лаборатории «В» МВД СССР, атомную электростанцию с тремя тестовыми реакторами, в том числе и реактором АМ.

Постановлением СМ СССР от 16 мая 1950 года институту Курчатова, а также НИИХиммаш, ГСПИ-11 и ВТИ было поручено рассчитать и собрать несколько вариантов образцов будущего реактора АМ. На протяжении следующего года два советских доктора физико-математических наук, Павел Немировский и Савелий Фейнберг, вели группу, сделавшую сложнейшие теоретические расчеты, одна ошибка в которых могла стоить жизни и здоровья тысячам людей, задействованных на проекте. Когда теоретическая часть обрела целостность в проектной документации, Курчатов принял решение – передать дальнейшие работы в Лабораторию «В». Научным руководителем назначен московский доктор физики Дмитрий Блохинцев, а главным конструктором – сам Николай Доллежаль.

Определились и окончательные параметры реактора: тепловая мощность – 30 000 кВт, электрическая – 5000 кВт, тип реактора – урановый, на тепловых нейтронах с графитовым замедлителем и охлаждением натуральной водой. Общая принципиальная схема была крайне проста, но реализация ее таила множество проблем. Блохинцев писал о ней:

Можно сказать, что она немногим сложнее самовара… В этой видимой простоте схемы заключено большое коварство… Вскоре мы поняли, что проект был в стадии лишь первой ясности… Количество проблем, которые предстояло решить, нарастало по мере углубления в работу над реактором.

Продвигаться приходилось крайне осторожно, даже малейшая ошибка могла привести к катастрофе, не говоря уже о потерях огромного количества ценнейших ресурсов. Разработчиков особенно беспокоило отсутствие значений многих физических постоянных, которые можно было получить только экспериментально. На мировую практику тогда опереться было нельзя, ее попросту не существовало. Организовать измерения на месте, в Лаборатории «В», было сложно, поэтому большую часть пришлось проводить на мощностях института Курчатова, но даже при этом нельзя было гарантировать высокую точность этих параметров.

В начале 1954 года прямо под кабинетом Блохинцева был собран «стенд» – тестовая сборка активной зоны реактора АМ. На нем 3 марта 1954 года впервые за историю проекта создания АЭС была осуществлена цепная реакция деления урана. На стенде нельзя было воспроизвести все условия реального реактора, но результаты поддержали надежду на успех, хотя и сомнений оставалось много.

Главная идея проекта реактора АМ состояла в том, что в раскаленный ядерной реакцией уран нужно было поместить трубки – твэлы (тепловыделяющие элементы), внутри которых текла бы вода. Вода нагревается, превращается в пар, который за счет своего давления раскручивает турбину, вырабатывающую электричество. Допускать контакта воды с ураном напрямую было нельзя по многим причинам, включая вероятность технологической катастрофы. Создание твэлов оказалось самой тяжелой задачей всего проекта.

Чтобы нормально передавать тепло от ядерного топлива воде, делать это регулярно и долго, нужны были твэлы в виде трубок из нержавеющей стали диаметром 9 мм и толщиной стенки 0,4 мм, то есть  тонкие, как фольга. Они должны были выдерживать резкий нагрев до критических температур, поток радиации и резкое охлаждение водой, и при этом не растрескаться, не расплавиться и не деформироваться. Найти материал для них было очень непросто. ЛИПАН Курчатова и НИИХиммаше Доллежаля трудились месяцами не покладая рук, но пригодный вариант был найден только в конце 1952 года – сложнейший сплав стали и уран-молибденовой крупки.

Так впервые в нашей стране и во всем мире была решена, пожалуй, самая главная и самая сложная проблема зарождающейся атомной энергетики – создание твэла для реактора АЭС.

В 1951 году, одновременно со стартом теоретических исследований, в Лаборатории «В» началось строительство здания первой АЭС. Оно имело толстые стены из железобетонного монолита, чтобы обеспечить защиту от радиационного излучения. Все коммуникации, провода и трубы изначально закладывались прямо в стены, и переделать их потом было попросту невозможно. Поэтому требовалось рассчитать все не просто с непревзойденной точностью, но и сделать необходимые «запасы» на всякий случай.

Основные инженерные решения разрабатывались конструкторским коллективом во главе с Доллежалем. Ученые хорошо осознавали важность первенства русских в атомной энергетике, а потому их работа отличалась быстрым принятием решений, высокой скоростью расчетов, стремительной доработкой технических погрешностей и широким охватом страхующих вариантов. Так, усилиями лучших умов нашей страны первая АЭС была создана за три года.

В 17 часов 45 минут 26 июня 1954 года была открыта задвижка подачи пара на турбогенератор Обнинской АЭС, и он начал вырабатывать электроэнергию от атомного «котла». Уже 27-го числа этим электричеством были обеспечены окрестные промышленные объекты и сельхозпредприятия. С тех пор 27 июня известно во все мире как день рождения атомной энергетики.

Нужно ли говорить о том, что русское первенство уже само по себе было невероятным научным и технологическим прорывом: в США и Англии запуск атомных станций ожидался только через два-три года. Средства массовой информации всего мира планеты трубили о невероятном достижении русских. Так, газета «Дейли Уоркер» писала, что произошедшее в Обнинске «имеет неизмеримо большее значение, чем сброс первой атомной бомбы на Хиросиму». В этот день мир признал первенство Советского Союза в атомной отрасли.

Доклад Дмитрия Блохинцева «О первой АЭС» стал основным докладом на 1-й международной конференции по мирному использованию атомной энергии в Женеве 1955 года. С 1956 года станция была открыта для зарубежных делегаций. Ее посетило много видных политических деятелей, ученых, а также десятки тысяч простых людей почти из всех стран мира.

29 апреля 2002 года в 11 часов 34 минуты реактор первой АЭС был остановлен. В торжественной обстановке ветеран атомной энергетики Лев Кочетков нажал кнопку на пульте управления, прекратив цепную реакцию. Так завершилась 48-летняя безаварийная эксплуатация первой в мире атомной электростанции, что является мировым рекордом эксплуатации реакторной установки.

По сей день покорение и развитие ядерных технологий – это сложный и насыщенный вызовами путь, который включает в себя самые передовые научные, инженерные и экологические достижения. Они позволяют нашей цивилизации приближать принципиально новое будущее человечества, включая возможность освоения и колонизации других планет и звезд. АЭС являются самым экологически чистым способом производства электроэнергии в промышленных масштабах.

Атомная энергетика не загрязняет атмосферу и не производит парниковых газов, из-за которых стремительно ухудшается климат на нашей планете, загрязняется почва и повышается кислотность океанов. Расщепляющийся материал (уран-235) выгорает в ядерном топливе не полностью и может быть использован снова после регенерации, в отличие от золы и шлаков органического топлива. В перспективе же возможен полный переход на замкнутый топливный цикл, что означает практически полное отсутствие отходов.

Благодаря многолетнему, напряженному труду ученых и инженеров нашей страны в тяжелейших условиях без права на малейшую ошибку у всего мира теперь есть надежный и безопасный источник энергии. У мира есть мирный атом.