JE Obninsk — história prvej jadrovej elektrárne na svete

27. júna 1954 bola pri Moskve v meste Obninsk uvedená do prevádzky prvá jadrová elektráreň na svete (JE-1) s užitočným výkonom 5000 kW.

Urán objavil v roku 1789 nemecký chemik Martin Klaproth a pomenoval ho podľa planéty Urán. O niekoľko desaťročí neskôr, v decembri 1951, v experimentálnom šľachtiteľskom reaktore EBR-I v Arco, Idaho, USA, jadrová energia po prvýkrát vyrobila elektrinu – na prevádzku štyroch žiaroviek. EBR-I však nie je určený na výrobu elektriny.

JE-1 v Obninsku je prvou jadrovou elektrárňou na svete, ktorá vyrába elektrinu na komerčné využitie.

Prvá jadrová elektráreň na svete

Pri stvorení prvého na svete jadrová elektráreň sa zúčastnili popredné ústavy, dizajnérske kancelárie a továrne ZSSR. Vedecký manažment problému vykonáva Ústav pre atómovú energiu (IAE) a osobne akademik I. V. Kurchatov. Vedecko-technickým vedením je od roku 1951 poverený Ústav fyziky a energetiky a jeho riaditeľ profesor D. I. Blohintsev.

A. K.Krasin je prvým zástupcom riaditeľa. Vývoj palivových článkov (palivových tyčí) viedol V.A. Malykh. Konštrukciu reaktora realizoval tím pod vedením akademika N. A. Dolezhala a jeho najbližšieho asistenta P. I. Alešenkova. Jeden z najdôležitejších systémov — systém riadenia a ochrany reaktora — bol vyvinutý pod vedením I. Ja Emeljanova, člena korešpondenta Akadémie vied ZSSR.

Budova jadrovej elektrárne Obnisk v 50. rokoch 20. storočia

Vo februári 1950 vedci navrhli postaviť experimentálny reaktor v Moskovskej oblasti na výrobu 30 000 kW tepla a 5 000 kW elektriny. Rada ministrov ZSSR schválila projekt v máji 1950.

Koncom decembra 1950 bol vydaný projekt reaktora a tepelnej elektrárne a koncom nasledujúceho roku sa začalo s detailným projektovaním a výrobou zariadení. Výstavba začala v júli 1951.

Pre prvú jadrovú elektráreň bol zvolený vodno-grafitový kanálový reaktor. Moderátorom je v ňom grafit a voda slúži na odvádzanie tepla uvoľneného v palivových článkoch (mimochodom, podieľa sa aj na moderovaní neutrónov).

ZSSR. región Kaluga. Obninsk. Reaktor prvej jadrovej elektrárne na svete. Foto TASS / Valentin Kunov

Základná štruktúra energetického reaktora – zložitá a nákladná technická štruktúra – je celkom jednoduchá.

Vodno-grafitové kanálové reaktory, predchodca prvej jadrovej elektrárne, pozostávajú zo stohu grafitových blokov s vertikálnymi otvormi. Otvory tvoria jednotnú mriežku. Obsahujú palivové kanály s palivovými článkami a ovládacími a ochrannými zariadeniami (CPS).

Grafitový balík je umiestnený v utesnenom priestore reaktora, ktorý je naplnený inertným plynom. Priestor reaktora je tvorený spodnou doskou, na ktorej spočíva murivo, bočným plášťom a hornou doskou s otvormi zodpovedajúcimi otvorom v murive.

Na odvod tepla uvoľneného v palivových článkoch prvej JE boli zabezpečené dva cirkulačné okruhy.

Prvý okruh je utesnený. V ňom sa voda (chladivo) privádza zhora do každého palivového kanála, kde sa ohrieva, potom po ochladení vstupuje do výmenníka tepla – parogenerátora, v ktorom ju čerpadlá vracajú do reaktora.

V druhom okruhu v parogenerátore vzniká para, ktorá poháňa klasickú turbínu, čím energetický reaktor nahrádza parný kotol tepelnej elektrárne. Z tohto dôvodu sa často nazýva jadrová elektráreň na výrobu pary.

Schéma konštrukcie reaktora prvej jadrovej elektrárne

Teraz vyzerá zariadenie prvej jadrovej elektrárne jednoducho a obyčajne. Najmä pre špecialistov. Ale pred takmer 70 rokmi, keď bol vytvorený, neexistoval žiadny analóg, model alebo lavica, na ktorej by sa dali skontrolovať výsledky výpočtov.

A bolo veľa otázok. Ako distribuovať vodu z primárneho okruhu do všetkých 128 palivových kanálov a ďalších štyroch palivových článkov z každého kanála a ako sa toto rozdelenie zmení pri zmene výkonu kanála (nevyhnutné počas prevádzky)?

Ako sa bude reaktor správať, keď opäť dôjde k nevyhnutnej zmene hustoty vody v kanáli, najmä počas jeho zahrievania pri spúšťaní a ochladzovania počas odstavovania, keď reaktor prechádza z jednej suroviny na druhú atď.?

So spustením prevádzky prvej jadrovej elektrárne prišli odpovede na tieto a mnohé ďalšie otázky, ktoré plne potvrdili očakávania vedcov a vývojárov elektrární.

Riešenia zahrnuté v návrhu prvej jadrovej elektrárne sa ukázali byť natoľko úspešné, že aj teraz, po štyridsiatich rokoch prevádzky, sa naďalej úspešne používa na vedecké a technické experimenty.

V roku 1956 bola Calder Hall 1, prvá komerčná jadrová elektráreň, pripojená k britskej národnej sieti. V roku 1958 bola otvorená prvá komerčná jadrová elektráreň v USA, Shipport Nuclear Power Plant. V roku 1964 bol v Chinone na rieke Loire v prevádzke prvý francúzsky energetický reaktor EDF1.

Asi 4 roky, pred otvorením sibírskej jadrovej elektrárne v Tomsku, zostal Obninsk jediným jadrovým reaktorom v Sovietskom zväze. Ďalšou sovietskou jadrovou elektrárňou, ktorá bola pripojená k ich sieti, bola v roku 1964 Belojarská elektráreň č. 1 s výkonom 100 MW (pozri — Ruské jadrové elektrárne).

Najbližšie k reaktoru v Obninsku boli reaktory prvého stupňa JE Beloyar a JE Bilibin. Existujú však aj zásadné rozdiely. V JE Belojarsk sa po prvýkrát vo svetovej praxi použilo jadrové prehrievanie pary.

Skúsenosti s vytváraním a desaťročím prevádzky kanálových reaktorov umožnili vypracovať projekt sériového energetického reaktora RBMK (vysokovýkonný varný reaktor). Jeho tepelná schéma je rovnaká ako u reaktorov s vodno-grafitovými kanálikmi, ale palivové články nie sú rúrkové, ale tyčovité, s výstelkou zo zliatiny zirkónu, ktorá slabo pohlcuje neutróny.

18 takýchto palivových tyčí je skombinovaných do palivového článku, ktorý je namontovaný na vrchu v zirkónovej trubici, tvoriacej palivový kanál. Ochranné a ovládacie zariadenia prebiehajú v rovnakých potrubiach.

Konštrukcia palivových kanálov umožňuje doplnenie paliva (pomocou špeciálneho stroja) bez odstavenia reaktora, čo je nevyhnutné pre takmer všetky ostatné typy reaktorov. Doba chodu reaktora pri výkone sa predĺži a účinnosť využitia uránu sa výrazne zvýši.

Schéma štruktúry kanálového vodno-grafitového reaktora RBMK

Prvý RBMK s elektrickým výkonom 1000 MW bol inštalovaný v Leningradskej jadrovej elektrárni, ktorá bola uvedená do prevádzky v roku 1973. Rovnaké reaktory boli inštalované aj v jadrovej elektrárni v Černobyle.

Koncom roku 1983 bol v JE Ignalina uvedený do prevádzky prvý RBMK-1500. Za necelých 30 rokov sa teda jednotkový výkon reaktorov zvýšil 300-krát. Jedna RBMK-1500 má rovnakú kapacitu ako všetky elektrárne postavené v rámci plánu GOELRO. Reaktor Ignalina bol niekoľko rokov najvýkonnejší na svete.

Podľa Medzinárodnej agentúry pre atómovú energiu je v súčasnosti vo svete v prevádzke 443 civilných jadrových reaktorov, pričom ďalších 51 je vo výstavbe.

Hlavný ovládací panel JE Obninsk

Elektráreň Obninsk bola zatvorená a vyradená z prevádzky v apríli 2002, t. j. fungovala 48 rokov bez incidentov, čo je o 18 rokov dlhšie, ako sa pôvodne plánovalo, a za ten čas mala stanica iba jednu generálnu opravu.

Význam prvej jadrovej elektrárne možno len ťažko preceňovať.Jeho úloha je obrovská pri rozvoji jadrovej energetiky, pri zdôvodňovaní technických riešení zahrnutých v projektoch ďalších staníc, pri príprave vysokokvalifikovaného personálu.

V roku 2009 bolo na základe Obninskej JE zriadené múzeum jadrovej energetiky.