JE Obninsk — historie první jaderné elektrárny na světě

27. června 1954 byla u Moskvy ve městě Obninsk uvedena do provozu první jaderná elektrárna na světě (NPP-1) s užitečným výkonem 5000 kW.

Uran byl objeven v roce 1789 německým chemikem Martinem Klaprothem a pojmenován po planetě Uran. O desetiletí později, v prosinci 1951, v experimentálním šlechtitelském reaktoru EBR-I v Arco, Idaho, USA, jaderná energie poprvé vyrobila elektřinu – pro napájení čtyř žárovek. EBR-I však není určen k výrobě elektřiny.

JE-1 v Obninsku je první jaderná elektrárna na světě, která vyrábí elektřinu pro komerční využití.

První jaderná elektrárna na světě

Při stvoření první na světě jaderná elektrárna účastnily se přední ústavy, projekční kanceláře a továrny SSSR. Vědecké řešení problému provádí Ústav pro atomovou energii (ÚAE) a osobně akademik I. V. Kurčatov. Od roku 1951 je vědeckotechnickým řízením pověřen Ústav fyziky a energetiky a jeho ředitel profesor D. I. Blohintsev.

A. K.Krasin je prvním zástupcem ředitele. Vývoj palivových článků (palivových tyčí) vedl V.A. Malykh. Projekt reaktoru prováděl tým pod vedením akademika N. A. Dolezhala a jeho nejbližšího asistenta P. I. Alešenkova. Jeden z nejdůležitějších systémů — systém řízení a ochrany reaktoru — byl vyvinut pod vedením I. Ja. Emeljanova, člena korespondenta Akademie věd SSSR.

Budova jaderné elektrárny Obnisk v 50. letech 20. století

V únoru 1950 vědci navrhli postavit v moskevské oblasti experimentální reaktor, který by vyráběl 30 000 kW tepla a 5 000 kW elektřiny. Rada ministrů SSSR schválila projekt v květnu 1950.

Koncem prosince 1950 byl vydán projekt reaktoru a tepelné elektrárny a koncem následujícího roku byl zahájen detailní projekt a výroba zařízení. Stavba začala v červenci 1951.

Pro první jadernou elektrárnu byl zvolen vodní grafitový kanálový reaktor. V něm je moderátorem grafit a voda slouží k odvodu tepla uvolněného v palivových článcích (mimochodem se podílí i na moderování neutronů).

SSSR. oblast Kaluga. Obninsk. Reaktor první jaderné elektrárny na světě. Foto TASS / Valentin Kunov

Základní struktura energetického reaktoru – složitá a nákladná technická struktura – je poměrně jednoduchá.

Reaktory s vodním grafitovým kanálem, předchůdce první jaderné elektrárny, se skládají ze stohu grafitových bloků proražených svislými otvory. Otvory tvoří jednotnou mřížku. Obsahují palivové kanály s palivovými články a ovládacími a ochrannými zařízeními (CPS).

Grafitový balíček je umístěn v utěsněném prostoru reaktoru, který je naplněn inertním plynem. Prostor reaktoru je tvořen spodní deskou, na kterou spočívá zdivo, bočním pláštěm a horní deskou s otvory odpovídajícími otvorům ve zdivu.

Pro odvod tepla uvolněného v palivových článcích první JE byly zajištěny dva cirkulační okruhy.

První okruh je utěsněn. V něm je voda (chladivo) přiváděna shora do každého palivového kanálu, kde se ohřívá, po ochlazení vstupuje do výměníku tepla — parogenerátoru, ve kterém ji čerpadla vracejí zpět do reaktoru.

Ve druhém okruhu se v parogenerátoru vyrábí pára, která pohání klasickou turbínu a energetický reaktor tak nahrazuje parní kotel tepelné elektrárny. Z tohoto důvodu se často nazývá jaderná elektrárna na výrobu páry.

Strukturní schéma reaktoru první jaderné elektrárny

Nyní vypadá zařízení první jaderné elektrárny jednoduše a obyčejně. Zejména pro specialisty. Ale před téměř 70 lety, kdy vznikl, neexistoval žádný analog, model nebo lavice, na kterých by se daly zkontrolovat výsledky výpočtů.

A bylo mnoho otázek. Jak distribuovat vodu z primárního okruhu do všech 128 palivových kanálů a dalších čtyř palivových článků z každého kanálu a jak se toto rozložení změní při změně výkonu kanálu (nevyhnutelné během provozu)?

Jak se bude reaktor chovat, když opět dojde k nevyhnutelné změně hustoty vody v kanálu, zejména při jeho zahřívání při spouštění a ochlazování při odstávce, kdy reaktor přechází z jedné náplně na druhou atd.?

Se zahájením provozu první jaderné elektrárny přišly odpovědi na tyto a mnohé další otázky, které plně potvrdily očekávání vědců a vývojářů elektráren.

Řešení obsažená v návrhu první jaderné elektrárny se ukázala být natolik úspěšná, že i nyní, po čtyřiceti letech provozu, je nadále úspěšně využívána pro vědecké a technické experimenty.

V roce 1956 byla Calder Hall 1, první komerční jaderná elektrárna, připojena k britské národní síti. V roce 1958 byla otevřena první komerční jaderná elektrárna v USA, Shipport Nuclear Power Plant. V roce 1964 byl v Chinonu na řece Loiře v provozu první francouzský energetický reaktor EDF1.

Asi 4 roky, před otevřením sibiřské jaderné elektrárny v Tomsku, zůstal Obninsk jediným jaderným reaktorem v Sovětském svazu. Další sovětskou jadernou elektrárnou, která byla připojena k jejich síti, byla v roce 1964 100 MW Bělojarská elektrárna č. 1 (viz — Ruské jaderné elektrárny).

Reaktory prvního stupně JE Beloyar a JE Bilibin byly nejblíže reaktoru v Obninsku. Jsou tu ale i zásadní rozdíly. V JE Belojarsk bylo poprvé ve světové praxi použito jaderné přehřívání páry.

Zkušenosti s vytvářením a desetiletí provozu kanálových reaktorů umožnily vyvinout projekt sériového energetického reaktoru RBMK (vysokovýkonný varný reaktor). Jeho tepelné schéma je stejné jako u reaktorů s vodně-grafitovými kanály, ale palivové články nejsou trubkové, ale tyčovité, s výstelkou ze slitiny zirkonia, která slabě pohlcuje neutrony.

18 takových palivových tyčí je spojeno do palivového souboru, který je namontován nahoře v zirkoniové trubici, tvořící palivový kanál. Ochranná a ovládací zařízení běží ve stejném potrubí.

Konstrukce palivových kanálů umožňuje přečerpání paliva (pomocí speciálního stroje) bez odstavení reaktoru, což je u téměř všech ostatních typů reaktorů nevyhnutelné. Doba chodu reaktoru při výkonu se prodlouží a účinnost využití uranu se výrazně zvýší.

Strukturní schéma kanálového vodo-grafitového reaktoru RBMK

První RBMK s elektrickým výkonem 1000 MW byl instalován v Leningradské jaderné elektrárně, která byla uvedena do provozu v roce 1973. Stejné reaktory byly instalovány v jaderné elektrárně Černobyl.

Na konci roku 1983 byl v JE Ignalina uveden do provozu první RBMK-1500. Za necelých 30 let se tak jednotkový výkon reaktorů zvýšil 300krát. Jedna RBMK-1500 má stejnou kapacitu jako všechny elektrárny postavené v rámci plánu GOELRO. Reaktor Ignalina byl několik let nejvýkonnějším na světě.

Podle Mezinárodní agentury pro atomovou energii je v současnosti ve světě v provozu 443 civilních jaderných reaktorů, dalších 51 je ve výstavbě.

Hlavní ovládací panel JE Obninsk

JE Obninsk byla uzavřena a vyřazena z provozu v dubnu 2002, tedy fungovala 48 let bez incidentu, což je o 18 let déle, než se původně plánovalo, a za tu dobu měla stanice pouze jednu generální opravu.

Význam první jaderné elektrárny lze jen stěží přeceňovat.Jeho role je obrovská při rozvoji jaderné energetiky, při zdůvodňování technických řešení zahrnutých v projektech dalších stanic, při výcviku vysoce kvalifikovaného personálu.

V roce 2009 bylo na bázi Obninské JE zřízeno muzeum jaderné energetiky.