Первая в мире АЭС

Атомная энергетика России представляет собой уникальную подотрасль атомной промышленности, значение которой в современных экономических условиях исключительно велико. В своих дневниках министр энергетики и электрификации в 1962-1985 гг. П.С.Непорожний каждый год описывал буквально драматические ситуации в зимнее время с энерго- и теплоснабжением регионов, городов и отдельных предприятий из-за нехватки топлива для электростанций. Нам, потребителям электрической энергии, неведомы все эти поистине драматические проблемы и героические усилия энергетиков, угольщиков, нефтяников, газовиков и железнодорожников по обеспечению тепловых станций топливом, особенно в зимнее время при сильных морозах. При этом нельзя забывать о том, что миллионы тонн Кузнецкого или Канско-Ачинского угля должны транспортироваться по железной дороге из Сибири на Урал и в Центральную часть страны. За 10 месяцев 2011 года в Кузбассе было погружено 2 697 088 железнодорожных вагонов, которые составили бы железнодорожный состав общей длиной 37 759,2 км, почти равный длине земного экватора (40 075,6 км). Кузбасс поставлял в это время примерно 57% всего добываемого в России угля. К этому следует добавить ж.д. транспортировку угля с других месторождений, а также 100 млн. т мазута. И еще одно дополнение: на добычу и транспорт этого топлива затрачивается большое количество электроэнергии. Кто-нибудь подсчитывал энергетические затраты на топливный цикл тепловых электростанций, включая добычу и транспортировку топлива? А на атомную станцию требуется привезти примерно 1 200 тонн ядерного топлива в год, т.е. всего 24 вагона по 50 т каждый. К этому следует добавить также, что в угле в небольших количествах содержится уран и продукты его радиоактивного распада, что ведет к определенной радиационной опасности тепловых электростанций на угле, особенно золоотвалов. По этой причине Правительством 15 марта 1956 г. было принято решение о разработке программы развития атомной энергетики и сооружении ряда АЭС, в первую очередь, в Центральной части страны. К этому времени уже имелся двухлетний опыт работы Первой в мире АЭС, а также результаты экспериментальных исследований на опытных ядерных реакторах для определения научно–технических проблем, связанных с надежной эксплуатацией АЭС большой мощности. Современная атомная энергетика – это замкнутая система, состоящая из атомных электростанций (АЭС) и предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ). АЭС вырабатывают тепловую энергию главным образом для производства электроэнергии, а также для нужд промышленного и бытового теплоснабжения. Предприятия ЯТЦ, в состав которого входят урановые рудники, гидрометаллургические заводы, заводы по обогащению урана, производству ядерного топлива, переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и другие, обеспечивают нормальную эксплуатацию АЭС. Создание атомной энергетики в качестве новой отрасли народного хозяйства страны явилось примером эффективной организации работ в условиях государственного регулирования и управления экономикой, заложенной на начальном этапе Атомного проекта выдающимися организаторами атомной науки и промышленности И.В.Курчатовым, Б.Л.Ванниковым, А.П.Завенягиным, М.Г.Первухиным, В.А.Малышевым, Е.П.Славским, А.П.Александровым, А.И.Алихановым, А.А.Бочваром, Н.А.Доллежалем, И.И.Африкантовым, В.Г.Хлопиным, Ю.Б.Харитоном, Я.Б.Зельдовичем, К.И.Щелкиным и многими другими.

Начало работ по мирному использованию атомной энергии

Наряду с интенсивными работами по созданию атомной бомбы, руководители Атомного проекта большое внимание уделили использованию атомной энергии в мирных целях. Уже в конце 1945 г. были проведены первые обсуждения этой проблемы. На заседании Спецкомитета (СК) 26 октября 1945 г. было дано поручение Техническому совету СК обсудить предложения П.Л.Капицы об использовании внутриатомной энергии в мирных целях. 22 апреля 1946 г. С.И.Вавилов представил в СК записку «Об организации исследований в разных областях науки в связи с проблемой использования энергии атомного ядра»; затем, не позднее 13 сентября 1946 г., он направил Л.П.Берия письмо с «Перечнем тем научно–исследовательских работ, связанных с проблемой ядра» (в сб. «К истории мирного использования атомной энергии в СССР. 1944 – 1951, Документы и материалы: Сб. документов». /Сост. Л.И.Кудинова, А.В.Щегельский/. Обнинск: ГНЦ ФЭИ, 1994, с. 1822). В разделе «Физика и техника» этого перечня С.И.Вавилов предложил «использование урановых котлов для генерации электрической энергии». Совместный документ АН СССР и Первого главного управления (ПГУ) «О развитии научно-исследовательских работ по изучению атомного ядра и использованию ядерной энергии в технике, химии, медицине и биологии» был одобрен Постановлением СМ СССР № 2697–1113сс от 16.12.1946 г. (в сб. Атомный проект СССР. Документы и материалы, отв. сост. Г.А.Гончаров, т. 2, кн. 3, Москва Саров: Наука Физматлит, 2002, с. 93 – 97). В «Общем плане работ по подготовке использования тепла ядерных реакций», представленном Ученым секретарем НТС ПГУ Б.С.Поздняковым 16.12.1946 г., были предусмотрены работы по созданию ядерно–энергетических установок (ЯЭУ) для авиации, подводных лодок и надводных судов и стационарных АЭС. Были сформулированы исходные данные для стационарной АЭС мощностью 150 МВт. Часть из того, что планировалось, не было реализовано, часть претерпела изменения, однако, главное, разработка АЭС для атомной энергетики и ЯЭУ для атомных подводных и надводных кораблей была начата. Обсуждение доклада ученого секретаря НТС Б.С.Позднякова «Энергосиловые установки на ядерных реакциях» и решения НТС ПГУ от 24 марта 1947 г. оказалось решающим для развития атомной энергетики в СССР.

Создание энергетического реактора для Первой в мире АЭС в Обнинске (1949 – 1954 гг.)
История Первой в мире АЭС оказалась весьма непростой. Во–первых, эта станция явилась классическим примером использования фундаментальных исследований зарубежных и советских ученых в довоенные годы. Хорошо известно, что директор ленинградского Физико–технического института (ЛФТИ) академик А.Ф.Иоффе, несмотря на свой научный авторитет, подвергся критике за организацию отдела ядерной физики и постановку исследований по этой тематике, как не имеющих практического выхода. Во–вторых, эту станцию, как и всю атомную промышленность, следует считать продуктом научно–технической революции, одной из основ которой являлась ядерная физика. Эта принципиальная особенность определила использование новейших результатов теоретических и экспериментальных исследований и их быстрейшее внедрение в практику. Необходимо отметить, что все новые конструктивные узлы реактора проходили проверку в лабораторных и стендовых условиях, в т.ч. реакторных, что, несомненно, вело к повышению безопасности реактора. В последующем это правило проведения обширной стендовой проверки принимаемых технических решений стало обязательным. Можно дать такое определение: Первая в мире АЭС является наукоемким продуктом современной ей атомной науки и техники. Третья особенность заключается в том, что Первая в мире АЭС родилась в недрах военного атома. В этом отношении имеются два аспекта. Первый относится к использованию опыта разработки и эксплуатационного опыта промышленных уран–графитовых реакторов А, АВ–1, АВ–2, АИ комбината № 817 (ныне ПО «Маяк». г. Озерск) для создания реактора Первой в мире АЭС. Эти промышленные реакторы послужили в определенной степени прототипом для обнинского реактора. На промышленных реакторах комбината № 817 проводились многочисленные испытания отдельных узлов реактора Обнинской АЭС. Другой аспект связан с предложением НИИХИММАШ’а (впоследствии НИИ-8) об использовании энергетического реактора, разрабатываемого для первой атомной подводной лодки (АПЛ), в качестве источника энергии для первой в мире ПАЭС. 29 апреля 1949 г. начальник ПГУ Б.Л.Ванников провел совещание по рассмотрению сообщения директора НИИХИММАШ’а Н.А.Доллежаля о предварительном проекте корабельного реактора «АМ», разработанного НИИХИММАШ’ем по заданию ЛИП АН СССР. Габариты этого реактора были слишком велики для размещения на подводной лодке, поэтому было принято решение построить реактор этого типа с электрической мощностью 5 000 кВт на территории лаборатории «В» (г. Обнинск) в составе установки В–10, которая впоследствии стала известна как Первая в Мире АЭС в Обнинске. 29.11.1949 г. в ПГУ состоялось техническое совещание в узком кругу (присутствовали И.В.Курчатов, А.П.Александров, Н.А.Доллежаль и Б.С.Поздняков. Было рекомендовано осуществить разработку в НИИХИММАШ’е двух вариантов уран-графитового реактора с водяным охлаждением: 1. промышленного уран-графитового реактора типа АВ с одновременным использованием тепла для энергетических целей и производством плутония; 2. на слабообогащенном уране, с небольшими габаритами, только для энергетических целей, имея в виду использование реактора в качестве источника энергии для АПЛ. Решение совещания от 29.11.1949 г. было утверждено 30.11.1949 г. первым заместителем начальника ПГУ Завенягиным А.П. Решения НТС ПГУ от 24 марта 1947 г. и указанных выше технических совещаний в ПГУ являются основополагающими для последующей судьбы атомной энергетики. Во-первых, этими решениями положено начало практическим работам по первой в мире АЭС и корабельным энергетическим реакторам. Во–вторых. было намечено создание двухцелевых промышленных уран-графитовых реакторов типа ЭИ2 и АДЭ (Сибирская АЭС) для одновременного получения тепловой и электрической энергии и производства оружейного плутония, которые впоследствии были сооружены на Сибирском химическом комбинате (ныне г. Северск) и Красноярском Горнохимическом комбинате (ныне г. Железногорск). Разработка проектов ядерных реакторов и АЭС состояла из следующих этапов:
1. Предварительная стадия, включающая в себя проведение научным руководителем предварительных физических и теплотехнических расчетов для оценки технической реализуемости ЯЭУ и подготовки предложений для вышестоящей организации.
2. Стадия коллегиального обсуждения.
3. Согласование проектов постановлений и распоряжений СМ СССР или СК с организациями-исполнителями и министерствами, корректировка этих документов и представление их в вышестоящие организации. Проведение технических совещаний для обсуждения имевшихся разногласий и замечаний.
4. Разработка проектов ЯЭУ включала:
• Подготовку научным руководителем совместно с главным конструктором технического задания на разработку проекта реактора или ЯЭУ.
• Выполнение главным конструктором при участии научного руководителя эскизного, в некоторых случаях – предэскизного проекта энергетического реактора или ЯЭУ.
• Разработку генеральным проектантом совместно с научным руководителем и главным конструктором технических требований (ТТ) на разработку проектного задания энергетического реактора или ЯЭУ. • Выполнение при участии субподрядных организаций главным конструктором технического проекта реактора и генеральным проектантом – проектного задания ЯЭУ.
• Проведение научным руководителем и главным конструктором экспериментальных работ в обоснование разработанного проекта.
• Рассмотрение на научно-техническом совете (НТС) и утверждение руководством разработанного технического проекта.
5. Изготовление оборудование и сооружение ЯЭУ включает в себя следующие этапы:
• Разработка главным конструктором рабочих чертежей реактора и основных реакторных узлов.
• Разработка конструкторскими бюро заводов-изготовителей рабочих чертежей нестандартного оборудования реактора и вспомогательных систем реактора и ЯЭУ и технологического процесса изготовления и заводских проверок.
• Изготовление реактора и оборудования ЯЭУ.
• Строительные и монтажные работы (для стационарных ЯЭУ).
• Предпусковые и сдаточные испытания смонтированного оборудования и систем реактора и ЯЭУ, проводимые специально назначенными Государственными, ведомственными или межведомственными пусковыми комиссиями. Физический и энергетические пуски, вывод на номинальную мощность и определение эксплуатационных характеристик. Этим важным этапом заканчивается создание энергетического реактора и ЯЭУ. Такой порядок был установлен в ПГУ и поддерживался в МСМ и Минэнерго. В «Сводном плане научно-исследовательских, экспериментальных и проектных работ по кристаллизаторам (реакторам – ред.) (Секция № 1) на 1951 г.» (конец ноября 1950 г., когда уже появилась ясность в проведении работ по энергетическим реакторам), было предусмотрены следующие типы реакторов:
1. Энергетический уран–графитовый реактор с водяным охлаждением АМ; научный руководитель И.В.Курчатов, гл. конструктор Н.А.Доллежаль (НИИ–8).
2. Реактор ШГ мощностью 10 МВт с графитовым замедлителем и гелиевым охлаждением, получившим наименование «Шарик» вследствие того, что его активная зона была выполнена в виде сферы; научный руководитель А.П.Александров (ИФП АН СССР), гл. конструктор Б.М.Шолкович (ОКБ Гидропресс).
3. Реактор ВТ мощностью 10 МВт с бериллиевым замедлителем, гелиевым охлаждением и обогащенным ураном в качестве ядерного топлива; научный руководитель А.И.Лейпунский (Лаборатория «В»), гл. конструктор Б.М.Шолкович (ОКБ Гидропресс).
4. Реактор БНТ на быстрых нейтронах, предложенный Лабораторией «В» (А.И.Лейпунский, Д.И.Блохинцев).
5. Реактор КС с тяжеловодным замедлителем, первоначально с гелиевым, а впоследствии с углекислотным теплоносителем, предложенный Лабораторией № 3 совместно с ГСПИ–11.


Создание Первой в мире АЭС в Обнинске
4 февраля 1950 г. А.П.Завенягин и И.В.Курчатов направили в Спецкомитет записку «О типах энергетических реакторов, предлагаемых для строительства», в которой они предлагали построить в Лаборатории «В» указанные выше реакторы АМ, ВТ и ШГ. Эти реакторы должны были работать в составе установки В10 по очереди, с использованием одного и того же вспомогательного оборудования. Как указывали авторы записки, установка В–10 могла быть построена и пущена в эксплуатацию в первой половине 1951 г. На основании предложений ПГУ СМ СССР 16 мая 1950 г. принял решение «О научно-исследовательских, проектных и экспериментальных работах по использованию атомной энергии для мирных целей» (это постановление было подписано И.В.Сталиным). ПГУ было поручено в двухмесячный срок разработать и представить в СМ СССР мероприятия по обеспечению постройки в Лаборатории «В» опытной энергетической установки мощностью по паровой турбине до 5 тыс. кВт, с 3 опытными реакторами на обогащенном уране-235 (уран-графитовый реактор с водяным охлаждением, уран–графитовый реактор с газовым охлаждением, уран–бериллиевый реактор с газовым охлаждением), предусмотрев ввод установки в 1951 г., т.е. через год после выхода Постановления, что оказалось нереальным. Придавая большое значение развитию ЯЭУ, СМ СССР 29 июля 1950 г. принял решение об организации в ПГУ отдела № 5 во главе с Б.С.Поздняковым со штатом 20 чел. для руководства работами в области использования атомной энергии для нужд народного хозяйства. Одновременно директор НИИХИММАШ профессор Н.А.Доллежаль был назначен руководителем разработок новых типов энергетических установок, директор Лаборатории «В» профессор Д.И.Блохинцев – заместителем по физическим вопросам, гл. конструктор ОКБ «Гидропресс» Б.М.Шолкович – заместителем по инженерным вопросам. В постановлении предусматривалась организация в составе НИИХИММАШ на базе девятого и десятого отделов института специального конструкторского бюро № 5 (СКБ–5), под руководством Н.А.Доллежаля для разработки конструкций новых типов ЯЭУ для народного хозяйства и экспериментальной проверки узлов этих агрегатов. Основная проблема заключалась в создании надежно работающего ядерного топлива, или тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), способных продолжительное время работать при высоких температурах, давлении и воздействии интенсивного потока нейтронов. В это время не имелось экспериментальных сведений о длительном поведении ТВЭЛ в условиях реактора при повышенных температурах, а главное, отсутствовали данные о радиационной стойкости топлива и конструкционных материалов под длительным воздействием потока нейтронов. В этой связи И.В.Курчатов и административное руководство Атомного проекта приняли решение о сооружении в ЛИП АН СССР исследовательского реактора «МР», который должен быть пущен в июле 1951 г. Не дожидаясь окончания строительства этого реактора, было решено также смонтировать на реакторе АВ–2 комбината № 817 петлевое устройство для проведения испытаний опытных образцов ТВЭЛ энергетического реактора. Создание надежных ТВЭЛ для первого энергетического реактора оказалась сложной задачей, потребовало больше времени, чем планировалось, что послужило одной из основных причин нескольких переносов правительственного срока пуска энергетического реактора Первой в мире АЭС. На первой АЭС была принята двухконтурная схема теплоотвода: в первом контуре радиоактивный теплоноситель под давлением (вода), во втором контуре – питательная вода–пар. Одновременно с выбором теплотехнической схемы АЭС возникла задача по обеспечению высоких параметров пара, по крайней мере, 20–25 атм. Для этого необходимо было иметь соответствующий температурный потенциал теплоносителя первого контура. Единственной возможностью в то время было использование нержавеющей стали в качестве конструкционного материала оболочек ТВЭЛ и технологических каналов, так как циркониевые сплавы для энергетических реакторов еще не были разработаны. В результате, вследствие повышенного захвата нейтронов нержавеющей сталью, разработчикам пришлось повысить обогащение ядерного топлива до 5%. Загрузка обогащенного урана в 128 каналах реактора составила 570 кг. Изготовление ТВЭЛ производилось в цехе № 39 предприятия п/я № 3 (ныне ОАО «Машиностроительный завод», г. Электросталь). 12 июня пусковая комиссия в составе: И.В.Курчатов, Е.П.Славский, А.П.Александров, А.И.Алиханов, Д.И.Блохинцев, Н.А.Доллежаль, Б.С.Поздняков и др. подготовила заключение о готовности реактора к пуску, предварительно в водо-водяном режиме при работе на мощности. Как указывает сотрудник ФЭИ Л.А.Кочетков, «в ночь на 24 июня установка переводится в нормальный паровой режим, а 26 июня пар, произведенный за счет мощности реактора, был подан на турбину. … 25 октября 1954 г., при мощности реактора 27 МВт (90%) турбогенератор был выведен на проектную мощность». 27 июня 1954 г. в газете «Правда» было опубликовано сообщение ТАСС «О пуске в СССР первой промышленной электростанции на атомной энергии», которое вызвало исключительный интерес во всем мире. Обнинскую АЭС за первые 20 лет работы посетило около 60 тысяч человек, включая выдающихся политических и общественных деятелей и ученых: Д.Неру и И.Ганди, А.Сукарно, В.Ульбрихт, Ким Ир Сен, И.Броз Тито, Ф.Жолио-Кюри, Г.Сиборг, Ф.Перрен, 3.Эклунд, Г.М.Маленков, Л.М.Каганович, В.М.Молотов, Г.К.Жуков, Ю.А.Гагарин и многие другие. В 1955 г. в Женеве состоялась первая международная конференция по мирному использованию атомной энергии, на которой директором ФЭИ Д.И.Блохинцевым был представлен доклад о создании первой в мире АЭС и итогах ее эксплуатации, который вызвал поистине громадный интерес. В заключение приведем слова Н.А.Доллежаля: «Можно, конечно, быть скромным и не хвастаться, но я думаю, что Игорь Васильевич (Курчатов – ред.) был прав, когда говорил, что именно Советский Союз, Россия была инициатором использования атомной энергии в мирных целях. Это было поистине крупное, цивилизационное решение, оказавшее серьезное влияние на развитие энергетики во всем мире».

Краткая биография автора статьи Киселева Геннадия Владимировича: В 1955 г. окончил физический факультет МГУ им.Ломоносова, с 1956 г. по 1958 г. - инженер по управлению промышленного уран-графитового реактора АВ-1 комбината “Маяк”; - с 1958 г. по 1982 г. - инженер, старший инженер, заместитель начальника отдела промышленных реакторов Главного управления химического оборудования (4 ГУ) Минсредмаша СССР; - с 1982 г. по 1997 г. - начальник реакторного отдела Государственного Научного Центра России “Институт Теоретической и Экспериментальной Физики” (ГНЦ РФ ИТЭФ, Москва).