Obninsk NPP — η ιστορία του πρώτου πυρηνικού σταθμού στον κόσμο

Στις 27 Ιουνίου 1954, κοντά στη Μόσχα, στην πόλη Obninsk, τέθηκε σε λειτουργία ο πρώτος πυρηνικός σταθμός στον κόσμο (NPP-1) με ωφέλιμη ισχύ 5000 kW.

Ο Ουρανός ανακαλύφθηκε το 1789 από τον Γερμανό χημικό Martin Klaproth και πήρε το όνομά του από τον πλανήτη Ουρανό. Δεκαετίες αργότερα, τον Δεκέμβριο του 1951, στον EBR-I Experimental Breeder Reactor στο Arco του Αϊντάχο των ΗΠΑ, η πυρηνική ενέργεια παρήγαγε ηλεκτρική ενέργεια για πρώτη φορά—για να λειτουργήσει τέσσερις λαμπτήρες. Ωστόσο, το EBR-I δεν έχει σχεδιαστεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Το NPP-1 στο Obninsk είναι το πρώτο πυρηνικό εργοστάσιο στον κόσμο που παράγει ηλεκτρική ενέργεια για εμπορική χρήση.

Ο πρώτος πυρηνικός σταθμός στον κόσμο

Στη δημιουργία του πρώτου στον κόσμο πυρηνικό εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής συμμετείχαν τα κορυφαία ινστιτούτα, τα γραφεία σχεδιασμού και τα εργοστάσια της ΕΣΣΔ. Η επιστημονική διαχείριση του προβλήματος γίνεται από το Ινστιτούτο Ατομικής Ενέργειας (ΙΑΕ) και προσωπικά από τον ακαδημαϊκό I. V. Kurchatov. Από το 1951, η επιστημονική και τεχνική διαχείριση έχει ανατεθεί στο Ινστιτούτο Φυσικής και Ενέργειας και στον διευθυντή του καθηγητή D. I. Blohintsev.

Α. Κ.Ο Krasin είναι ο πρώτος αναπληρωτής διευθυντής. Η ανάπτυξη στοιχείων καυσίμου (ράβδοι καυσίμου) έγινε από τον V.A. Malykh. Ο σχεδιασμός του αντιδραστήρα πραγματοποιήθηκε από μια ομάδα με επικεφαλής τον ακαδημαϊκό N. A. Dolezhal και τον πλησιέστερο βοηθό του P. I. Aleshenkov. Ένα από τα πιο σημαντικά συστήματα - το σύστημα ελέγχου και προστασίας του αντιδραστήρα - αναπτύχθηκε υπό την ηγεσία του I. Ya. Emelyanov, αντεπιστέλλοντος μέλους της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ.

Το κτίριο του πυρηνικού σταθμού Obnisk τη δεκαετία του 1950

Τον Φεβρουάριο του 1950, οι επιστήμονες πρότειναν την κατασκευή ενός πειραματικού αντιδραστήρα στην περιοχή της Μόσχας για την παραγωγή 30.000 kW θερμότητας και 5.000 kW ηλεκτρικής ενέργειας. Το Υπουργικό Συμβούλιο της ΕΣΣΔ ενέκρινε το έργο τον Μάιο του 1950.

Στα τέλη Δεκεμβρίου 1950 κυκλοφόρησε ο σχεδιασμός του αντιδραστήρα και του θερμοηλεκτρικού σταθμού και στα τέλη του επόμενου έτους ξεκίνησε ο λεπτομερής σχεδιασμός και η παραγωγή εξοπλισμού. Η κατασκευή ξεκίνησε τον Ιούλιο του 1951.

Ένας αντιδραστήρας καναλιού νερού-γραφίτη επιλέχθηκε για τον πρώτο πυρηνικό σταθμό ηλεκτροπαραγωγής. Σε αυτό, ο συντονιστής είναι γραφίτης και το νερό χρησιμεύει για την απομάκρυνση της θερμότητας που απελευθερώνεται στα στοιχεία καυσίμου (παρεμπιπτόντως, συμμετέχει επίσης στη μετριοπάθεια των νετρονίων).

ΕΣΣΔ. Περιοχή Καλούγκα. Όμπνινσκ. Αντιδραστήρας του πρώτου πυρηνικού σταθμού στον κόσμο. Φωτογραφία TASS / Valentin Kunov

Η βασική δομή ενός αντιδραστήρα ισχύος—μια περίπλοκη και ακριβή τεχνική δομή—είναι αρκετά απλή.

Οι αντιδραστήρες καναλιών νερού-γραφίτη, οι προγονοί του πρώτου πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, αποτελούνται από μια στοίβα μπλοκ γραφίτη διάτρητα με κάθετες οπές. Οι τρύπες σχηματίζουν ένα ομοιόμορφο πλέγμα. Περιέχουν κανάλια καυσίμου με στοιχεία καυσίμου και συσκευές ελέγχου και προστασίας (CPS).

Η συσκευασία γραφίτη τοποθετείται σε σφραγισμένο χώρο αντιδραστήρα που είναι γεμάτος με αδρανές αέριο. Ο χώρος του αντιδραστήρα σχηματίζεται από μια κάτω πλάκα στην οποία στηρίζεται η τοιχοποιία, ένα πλευρικό μανδύα και μια άνω πλάκα με ανοίγματα που αντιστοιχούν στα ανοίγματα της τοιχοποιίας.

Για την απομάκρυνση της θερμότητας που απελευθερώνεται στα στοιχεία καυσίμου του πρώτου NPP, παρασχέθηκαν δύο κυκλώματα κυκλοφορίας.

Το πρώτο κύκλωμα είναι σφραγισμένο. Σε αυτό, το νερό (ψυκτικό) τροφοδοτείται από πάνω σε κάθε κανάλι καυσίμου, όπου θερμαίνεται, στη συνέχεια εισέρχεται σε έναν εναλλάκτη θερμότητας - μια γεννήτρια ατμού, μετά την ψύξη, στην οποία οι αντλίες το επιστρέφουν στον αντιδραστήρα.

Στο δεύτερο κύκλωμα, στην ατμογεννήτρια, παράγεται ατμός που κινεί έναν συμβατικό στρόβιλο, οπότε ο ενεργειακός αντιδραστήρας αντικαθιστά τον ατμολέβητα του θερμοηλεκτρικού σταθμού. Εξαιτίας αυτού, συχνά ονομάζεται πυρηνικός σταθμός παραγωγής ατμού.

Δομικό διάγραμμα του αντιδραστήρα του πρώτου πυρηνικού σταθμού

Τώρα η συσκευή του πρώτου πυρηνικού σταθμού φαίνεται απλή και συνηθισμένη. Ειδικά για ειδικούς. Όμως, σχεδόν πριν από 70 χρόνια, όταν δημιουργήθηκε, δεν υπήρχε ανάλογο, μοντέλο ή πάγκο για να ελεγχθούν τα αποτελέσματα των υπολογισμών.

Και υπήρχαν πολλά ερωτήματα. Πώς να διανείμετε το νερό από το πρωτεύον κύκλωμα και στα 128 κανάλια καυσίμου και σε τέσσερις ακόμη κυψέλες καυσίμου από κάθε κανάλι, και πώς θα αλλάξει αυτή η κατανομή όταν αλλάζει η ισχύς του καναλιού (αναπόφευκτη κατά τη λειτουργία);

Πώς θα συμπεριφέρεται ο αντιδραστήρας όταν υπάρχει και πάλι μια αναπόφευκτη αλλαγή στην πυκνότητα του νερού στο κανάλι, ειδικά κατά την προθέρμανση του κατά την εκκίνηση και την ψύξη του κατά τη διακοπή λειτουργίας, όταν ο αντιδραστήρας μεταβαίνει από τη μία τροφοδοσία στην άλλη, κ.λπ.;

Με την έναρξη λειτουργίας του πρώτου πυρηνικού σταθμού, ελήφθησαν απαντήσεις σε αυτά και σε πολλά άλλα ερωτήματα, τα οποία επιβεβαίωσαν πλήρως τις προσδοκίες των επιστημόνων και των κατασκευαστών σταθμών παραγωγής ενέργειας.

Οι λύσεις που αφορούσαν το σχεδιασμό του πρώτου πυρηνικού σταθμού αποδείχθηκαν τόσο επιτυχημένες που ακόμη και τώρα, μετά από σαράντα χρόνια λειτουργίας, συνεχίζει να χρησιμοποιείται με επιτυχία για επιστημονικά και τεχνικά πειράματα.

Το 1956, το Calder Hall 1, ο πρώτος εμπορικός σταθμός πυρηνικής ενέργειας, συνδέθηκε με το βρετανικό εθνικό δίκτυο. Το 1958, άνοιξε το πρώτο εμπορικό εργοστάσιο πυρηνικής ενέργειας στις ΗΠΑ, το Shipport Nuclear Power Plant. Το 1964, ο πρώτος γαλλικός αντιδραστήρας ενέργειας EDF1 λειτουργούσε στο Chinon στον ποταμό Λίγηρα.

Για περίπου 4 χρόνια, πριν από το άνοιγμα του πυρηνικού σταθμού της Σιβηρίας στο Τομσκ, το Obninsk παρέμεινε ο μοναδικός πυρηνικός αντιδραστήρας στη Σοβιετική Ένωση. Ο επόμενος σοβιετικός πυρηνικός σταθμός που θα συνδεθεί στο δίκτυό τους ήταν ο 100 MW εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας στο Beloyarsk No. 1 το 1964 (βλ. Πυρηνικοί σταθμοί της Ρωσίας).

Οι αντιδραστήρες του πρώτου σταδίου του πυρηνικού σταθμού Beloyar και του NPP Bilibin ήταν πιο κοντά στον αντιδραστήρα στο Obninsk. Υπάρχουν όμως και θεμελιώδεις διαφορές. Στον πυρηνικό σταθμό Beloyarsk, η πυρηνική υπερθέρμανση ατμού χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στην παγκόσμια πρακτική.

Η εμπειρία δημιουργίας και μια δεκαετία λειτουργίας αντιδραστήρων καναλιού κατέστησε δυνατή την ανάπτυξη ενός έργου για έναν αντιδραστήρα σειράς ισχύος RBMK (αντιδραστήρας βρασμού υψηλής ισχύος). Το θερμικό του σχήμα είναι το ίδιο με αυτό των αντιδραστήρων με κανάλια νερού-γραφίτη, αλλά τα στοιχεία του καυσίμου δεν είναι σωληνωτά, αλλά σε σχήμα ράβδου, με επένδυση από κράμα ζιρκονίου, που απορροφά ασθενώς τα νετρόνια.

18 τέτοιες ράβδοι καυσίμου συνδυάζονται σε ένα συγκρότημα καυσίμου, το οποίο είναι τοποθετημένο στην κορυφή σε ένα σωλήνα ζιρκονίου, σχηματίζοντας ένα κανάλι καυσίμου. Οι συσκευές προστασίας και ελέγχου λειτουργούν στους ίδιους σωλήνες.

Ο σχεδιασμός των καναλιών καυσίμου καθιστά δυνατή την επαναφόρτωση του καυσίμου (χρησιμοποιώντας ένα ειδικό μηχάνημα) χωρίς να σβήσει ο αντιδραστήρας, κάτι που είναι αναπόφευκτο για όλους σχεδόν τους άλλους τύπους αντιδραστήρων. Ο χρόνος λειτουργίας του αντιδραστήρα σε ισχύ αυξάνεται και η αποδοτικότητα χρήσης ουρανίου αυξάνεται σημαντικά.

Δομικό διάγραμμα καναλιού αντιδραστήρα νερού-γραφίτη RBMK

Το πρώτο RBMK με ηλεκτρική ισχύ 1000 MW εγκαταστάθηκε στον πυρηνικό σταθμό του Λένινγκραντ, ο οποίος τέθηκε σε λειτουργία το 1973. Οι ίδιοι αντιδραστήρες εγκαταστάθηκαν στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ.

Στα τέλη του 1983, το πρώτο RBMK-1500 τέθηκε σε λειτουργία στο NPP Ignalina. Έτσι, σε λιγότερο από 30 χρόνια, η μονάδα ισχύος των αντιδραστήρων έχει αυξηθεί 300 φορές. Ένα RBMK-1500 έχει την ίδια χωρητικότητα με όλα τα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας που κατασκευάστηκαν βάσει του σχεδίου GOELRO. Ο αντιδραστήρας Ignalina ήταν ο ισχυρότερος στον κόσμο για αρκετά χρόνια.

Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ατομικής Ενέργειας, υπάρχουν σήμερα 443 μη στρατιωτικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες που λειτουργούν στον κόσμο, ενώ άλλοι 51 βρίσκονται υπό κατασκευή.

Κύριος πίνακας ελέγχου του Obninsk NPP

Το Obninsk NPP έκλεισε και παροπλίστηκε τον Απρίλιο του 2002, δηλαδή λειτούργησε για 48 χρόνια χωρίς επεισόδια, δηλαδή 18 χρόνια περισσότερο από ό,τι είχε αρχικά προγραμματιστεί, και κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ο σταθμός είχε μόνο μία γενική επισκευή.

Η σημασία του πρώτου πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής δύσκολα μπορεί να υπερεκτιμηθεί.Ο ρόλος της είναι τεράστιος στην ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας, στη δικαιολόγηση των τεχνικών λύσεων που περιλαμβάνονται στα έργα των επόμενων σταθμών, στην εκπαίδευση υψηλά καταρτισμένου προσωπικού.

Το 2009 ιδρύθηκε ένα μουσείο πυρηνικής ενέργειας με βάση τον πυρηνικό σταθμό Obninsk.