Obninskin ydinvoimala – maailman ensimmäisen ydinvoimalan historia

27. kesäkuuta 1954 Moskovan lähellä, Obninskin kaupungissa, otettiin käyttöön maailman ensimmäinen ydinvoimala (NPP-1), jonka hyötyteho oli 5000 kW.

Uranuksen löysi vuonna 1789 saksalainen kemisti Martin Klaproth, ja se sai nimensä Uranuksen planeetan mukaan. Vuosikymmeniä myöhemmin, joulukuussa 1951, EBR-I Experimental Breeder Reactorissa Arcossa, Idahossa, Yhdysvalloissa, ydinvoima tuotti sähköä ensimmäistä kertaa – neljän hehkulampun käyttämiseksi. EBR-I:tä ei kuitenkaan ole suunniteltu tuottamaan sähköä.

Obninskin ydinvoimala 1 on maailman ensimmäinen ydinvoimala, joka tuottaa sähköä kaupalliseen käyttöön.

Maailman ensimmäinen ydinvoimala

Maailman ensimmäisen luomisessa ydinvoimala Neuvostoliiton johtavat instituutit, suunnittelutoimistot ja tehtaat osallistuivat. Ongelman tieteellisestä hallinnasta vastaa Atomienergiainstituutti (IAE) ja henkilökohtaisesti akateemikko I. V. Kurchatov. Vuodesta 1951 lähtien tieteellinen ja tekninen johtaminen on uskottu Fysiikan ja energian instituutille ja sen johtajalle professori D. I. Blohintseville.

A. K.Krasin on ensimmäinen apulaisjohtaja. Polttoaine-elementtien (polttoainesauvojen) kehitystä johti V.A. Malykh. Reaktorin suunnittelun suoritti akateemikko N. A. Dolezhalin ja hänen lähimmän avustajansa P. I. Aleshenkovin johtama ryhmä. Yksi tärkeimmistä järjestelmistä - reaktorin ohjaus- ja suojajärjestelmä - kehitettiin Neuvostoliiton tiedeakatemian vastaavan jäsenen I. Ya. Emelyanovin johdolla.

Obniskin ydinvoimalan rakennus 1950-luvulla

Helmikuussa 1950 tutkijat ehdottivat kokeellisen reaktorin rakentamista Moskovan alueelle tuottamaan 30 000 kW lämpöä ja 5 000 kW sähköä. Neuvostoliiton ministerineuvosto hyväksyi hankkeen toukokuussa 1950.

Joulukuun lopussa 1950 julkaistiin reaktorin ja lämpövoimalaitoksen suunnittelu, ja seuraavan vuoden lopulla aloitettiin laitteiden yksityiskohtainen suunnittelu ja tuotanto. Rakentaminen aloitettiin heinäkuussa 1951.

Ensimmäiseen ydinvoimalaitokseen valittiin vesi-grafiittikanavareaktori. Siinä moderaattori on grafiittia, ja vesi poistaa polttoaine-elementeissä vapautuvan lämmön (muuten, se osallistuu myös neutronien hidastukseen).

Neuvostoliitto. Kalugan alue. Obninsk. Maailman ensimmäisen ydinvoimalan reaktori. Kuva: TASS / Valentin Kunov

Voimareaktorin perusrakenne – monimutkainen ja kallis tekninen rakenne – on melko yksinkertainen.

Vesi-grafiittikanavareaktorit, ensimmäisen ydinvoimalan esi-isä, koostuvat pinosta grafiittilohkoja, joihin on lävistetty pystysuoria reikiä. Reiät muodostavat yhtenäisen ruudukon. Ne sisältävät polttoainekanavia polttoaine-elementeillä ja ohjaus- ja suojalaitteilla (CPS).

Grafiittipakkaus sijoitetaan suljettuun reaktoritilaan, joka on täytetty inertillä kaasulla. Reaktoritilan muodostavat pohjalevy, jonka päällä muuraus lepää, sivuvaippa ja ylälevy, jossa on muurauksen aukkoja vastaavat aukot.

Ensimmäisen ydinvoimalan polttoaine-elementeissä vapautuneen lämmön poistamiseksi varustettiin kaksi kiertopiiriä.

Ensimmäinen piiri on sinetöity. Siinä vesi (jäähdytysneste) syötetään ylhäältä jokaiseen polttoainekanavaan, jossa se lämmitetään, sitten menee jäähdytyksen jälkeen lämmönvaihtimeen - höyrygeneraattoriin, jossa pumput palauttavat sen reaktoriin.

Toisessa piirissä, höyrystimessä, syntyy höyryä, joka käyttää tavanomaista turbiinia, jolloin energiareaktori korvaa lämpövoimalaitoksen höyrykattilan. Tästä syystä sitä kutsutaan usein höyryä tuottavaksi ydinvoimalaitokseksi.

Ensimmäisen ydinvoimalan reaktorin rakennekaavio

Nyt ensimmäisen ydinvoimalan laite näyttää yksinkertaiselta ja tavalliselta. Varsinkin asiantuntijoille. Mutta lähes 70 vuotta sitten, kun se luotiin, ei ollut analogia, mallia tai penkkiä, jolla voitaisiin tarkistaa laskelmien tulokset.

Ja kysymyksiä oli paljon. Kuinka jakaa vesi primääripiiristä kaikkiin 128 polttoainekanavaan ja neljään polttokennoon lisää kustakin kanavasta, ja miten tämä jakautuminen muuttuu, kun kanavan teho muuttuu (väistämätöntä käytön aikana)?

Miten reaktori käyttäytyy, kun kanavan veden tiheys muuttuu jälleen väistämättä, varsinkin sen lämpenemisen aikana käynnistyksen aikana ja jäähtyessä sammutuksen aikana, kun reaktori siirtyy syötöstä toiseen jne.?

Ensimmäisen ydinvoimalan toiminnan alkaessa näihin ja moniin muihin kysymyksiin saatiin vastauksia, jotka vahvistivat täysin tutkijoiden ja voimalaitosten kehittäjien odotukset.

Ensimmäisen ydinvoimalaitoksen suunnittelussa mukana olleet ratkaisut osoittautuivat niin onnistuneiksi, että nytkin, neljänkymmenen vuoden käytön jälkeen, sitä käytetään edelleen menestyksekkäästi tieteellisiin ja teknisiin kokeisiin.

Vuonna 1956 Calder Hall 1, ensimmäinen kaupallinen ydinvoimala, liitettiin Britannian kansalliseen verkkoon. Vuonna 1958 avattiin ensimmäinen kaupallinen ydinvoimala Yhdysvalloissa, Shipport Nuclear Power Plant. Vuonna 1964 ensimmäinen ranskalainen voimareaktori EDF1 toimi Chinonissa Loire-joen varrella.

Noin 4 vuotta, ennen Siperian ydinvoimalan avaamista Tomskissa, Obninsk pysyi ainoana ydinreaktorina Neuvostoliitossa. Seuraava neuvostoliittolainen ydinvoimala, joka liitettiin heidän verkkoonsa, oli 100 MW:n Belojarskin voimalaitos nro 1 vuonna 1964 (ks. Venäjän ydinvoimalat).

Belojarin ydinvoimalaitoksen ensimmäisen vaiheen ja Bilibinin ydinvoimalaitoksen reaktorit olivat lähimpänä Obninskin reaktoria. Mutta on myös perustavanlaatuisia eroja. Belojarskin ydinvoimalassa käytettiin ensimmäistä kertaa maailmankäytännössä höyryn tulistusta ydinvoimalla.

Kanavareaktorien luomisen ja vuosikymmenen käytön kokemus mahdollisti sarjavoimareaktorin RBMK (high power boilering reactor) hankkeen kehittämisen. Sen lämpökaavio on sama kuin vesi-grafiittikanavilla varustetuilla reaktoreilla, mutta polttoaine-elementit eivät ole putkimaisia, vaan sauvan muotoisia, ja niiden vuoraus on zirkoniumseosta, joka absorboi heikosti neutroneja.

18 tällaista polttoainesauvaa on yhdistetty polttoainenippuun, joka on asennettu päälle zirkoniumputkeen muodostaen polttoainekanavan. Suoja- ja ohjauslaitteet kulkevat samoissa putkissa.

Polttoainekanavien suunnittelu mahdollistaa polttoaineen uudelleenlatauksen (erityiskoneella) ilman reaktorin sammuttamista, mikä on väistämätöntä lähes kaikissa muissa reaktorityypeissä. Reaktorin käyttöaika teholla kasvaa ja uraanin hyötysuhde lisääntyy huomattavasti.

Kanavavesi-grafiittireaktorin RBMK rakennekaavio

Ensimmäinen RBMK sähköteholtaan 1000 MW asennettiin Leningradin ydinvoimalaitokseen, joka otettiin käyttöön vuonna 1973. Samat reaktorit asennettiin Tšernobylin ydinvoimalaitokseen.

Vuoden 1983 lopussa ensimmäinen RBMK-1500 otettiin käyttöön Ignalinan ydinvoimalaitoksella. Siten alle 30 vuodessa reaktorien yksikköteho on kasvanut 300-kertaiseksi. Yhdellä RBMK-1500:lla on sama kapasiteetti kuin kaikilla GOELRO-suunnitelman mukaisesti rakennetuilla voimalaitoksilla. Ignalinan reaktori oli usean vuoden ajan maailman tehokkain.

Kansainvälisen atomienergiajärjestön mukaan maailmassa on tällä hetkellä toiminnassa 443 siviiliydinreaktoria, joista 51 on rakenteilla.

Obninskin ydinvoimalan pääohjauspaneeli

Obninskin ydinvoimalaitos suljettiin ja poistettiin käytöstä huhtikuussa 2002, eli se toimi 48 vuotta ilman vaaratilanteita, mikä on 18 vuotta alun perin suunniteltua pidempään, ja tuona aikana asemalla tehtiin vain yksi peruskorjaus.

Ensimmäisen ydinvoimalan merkitystä tuskin voi yliarvioida.Sen rooli on valtava ydinenergian kehittämisessä, seuraavien asemien hankkeisiin sisältyvien teknisten ratkaisujen perustelemisessa, korkeasti koulutetun henkilöstön koulutuksessa.

Vuonna 2009 Obninskin ydinvoimalan pohjalle perustettiin ydinenergiamuseo.