Obninsk NPP — la storia della prima centrale nucleare al mondo
Il 27 giugno 1954, vicino a Mosca, nella città di Obninsk, fu messa in funzione la prima centrale nucleare al mondo (NPP-1) con una potenza utile di 5000 kW.
Urano fu scoperto nel 1789 dal chimico tedesco Martin Klaproth e prese il nome dal pianeta Urano. Decenni dopo, nel dicembre 1951, presso l'EBR-I Experimental Breeder Reactor ad Arco, Idaho, USA, l'energia nucleare ha prodotto elettricità per la prima volta, per far funzionare quattro lampadine. Tuttavia, l'EBR-I non è progettato per generare elettricità.
La centrale nucleare di Obninsk è la prima centrale nucleare al mondo che produce elettricità per uso commerciale.
La prima centrale nucleare al mondo
Nella creazione del primo al mondo centrale nucleare hanno partecipato i principali istituti, uffici di progettazione e fabbriche dell'URSS. La gestione scientifica del problema è svolta dall'Istituto per l'energia atomica (IAE) e personalmente dall'accademico I. V. Kurchatov. Dal 1951, la direzione scientifica e tecnica è stata affidata all'Istituto di fisica ed energia e al suo direttore, il professor D. I. Blohintsev.
A. K.Krasin è il primo vicedirettore. Lo sviluppo di elementi combustibili (barre di combustibile) è stato guidato da V.A. Malykh. Il progetto del reattore è stato realizzato da un team guidato dall'accademico N. A. Dolezhal e dal suo più stretto assistente P. I. Aleshenkov. Uno dei sistemi più importanti - il sistema di controllo e protezione del reattore - è stato sviluppato sotto la guida di I. Ya Emelyanov, membro corrispondente dell'Accademia delle scienze dell'URSS.
La costruzione della centrale nucleare di Obnisk negli anni '50
Nel febbraio 1950, gli scienziati proposero di costruire un reattore sperimentale nella regione di Mosca per generare 30.000 kW di calore e 5.000 kW di elettricità. Il Consiglio dei ministri dell'URSS approvò il progetto nel maggio 1950.
Alla fine di dicembre 1950 fu rilasciato un progetto del reattore e della centrale termica e alla fine dell'anno successivo iniziò la progettazione dettagliata e la produzione delle apparecchiature. La costruzione iniziò nel luglio 1951.
Per la prima centrale nucleare è stato scelto un reattore a canale acqua-grafite. In esso, il moderatore è la grafite e l'acqua serve a rimuovere il calore rilasciato negli elementi combustibili (a proposito, partecipa anche alla moderazione dei neutroni).
URSS. Regione di Kaluga. Obninsk. Reattore della prima centrale nucleare al mondo. Foto di TASS / Valentin Kunov
La struttura di base di un reattore di potenza, una struttura tecnica complessa e costosa, è piuttosto semplice.
I reattori a canale acqua-grafite, capostipiti della prima centrale nucleare, sono costituiti da una catasta di blocchi di grafite perforati con fori verticali. I fori formano una griglia uniforme. Contengono canali del carburante con elementi del carburante e dispositivi di controllo e protezione (CPS).
Il pacchetto di grafite viene posto in uno spazio sigillato del reattore riempito con un gas inerte. Il vano del reattore è formato da una piastra inferiore su cui poggia la muratura, un rivestimento laterale e una piastra superiore con aperture corrispondenti alle aperture nella muratura.
Per rimuovere il calore rilasciato negli elementi combustibili della prima centrale nucleare, sono stati previsti due circuiti di circolazione.
Il primo circuito è sigillato. In esso, l'acqua (refrigerante) viene immessa dall'alto in ciascun canale del combustibile, dove viene riscaldata, quindi entra in uno scambiatore di calore - un generatore di vapore, dopo il raffreddamento, in cui le pompe la restituiscono al reattore.
Nel secondo circuito, nel generatore di vapore, viene generato vapore che aziona una turbina convenzionale, il reattore di energia sostituisce così la caldaia a vapore della centrale termica. Per questo motivo, viene spesso chiamata centrale nucleare a vapore.
Schema strutturale del reattore della prima centrale nucleare
Ora il dispositivo della prima centrale nucleare sembra semplice e ordinario. Soprattutto per gli specialisti. Ma quasi 70 anni fa, quando è stato creato, non esisteva un analogo, un modello o un banco su cui verificare i risultati dei calcoli.
E c'erano molte domande. Come distribuire l'acqua dal circuito primario a tutti i 128 canali del carburante e ad altre quattro celle a combustibile da ciascun canale, e come cambierà questa distribuzione quando cambia la potenza del canale (inevitabile durante il funzionamento)?
Come si comporterà il reattore quando si verificherà di nuovo un inevitabile cambiamento nella densità dell'acqua nel canale, specialmente durante il suo riscaldamento durante l'avvio e il raffreddamento durante lo spegnimento, quando il reattore passa da un'alimentazione all'altra, ecc.?
Con l'entrata in funzione della prima centrale nucleare, sono state ricevute risposte a queste e molte altre domande, che hanno confermato pienamente le aspettative di scienziati e sviluppatori di centrali elettriche.
Le soluzioni coinvolte nella progettazione della prima centrale nucleare si sono rivelate così vincenti che anche adesso, dopo quarant'anni di attività, continua ad essere utilizzata con successo per esperimenti scientifici e tecnici.
Nel 1956, Calder Hall 1, la prima centrale nucleare commerciale, fu collegata alla rete nazionale britannica. Nel 1958 fu aperta la prima centrale nucleare commerciale negli Stati Uniti, la Shipport Nuclear Power Plant. Nel 1964, il primo reattore di potenza francese EDF1 era in funzione a Chinon, sulla Loira.
Per circa 4 anni, prima dell'apertura della centrale nucleare siberiana a Tomsk, Obninsk è rimasto l'unico reattore nucleare dell'Unione Sovietica. La successiva centrale nucleare sovietica ad essere collegata alla loro rete fu la centrale elettrica di Beloyarsk n. 1 da 100 MW nel 1964 (vedi — Centrali nucleari della Russia).
I reattori del primo stadio della centrale nucleare di Beloyar e della centrale nucleare di Bilibin erano i più vicini al reattore di Obninsk. Ma ci sono anche differenze fondamentali. Alla centrale nucleare di Beloyarsk, il surriscaldamento nucleare del vapore è stato utilizzato per la prima volta nella pratica mondiale.
L'esperienza nella creazione e un decennio di funzionamento dei reattori a canale ha permesso di sviluppare un progetto per un reattore di potenza in serie RBMK (reattore di ebollizione ad alta potenza). Il suo schema termico è lo stesso di quello dei reattori con canali acqua-grafite, ma gli elementi combustibili non sono tubolari, ma a forma di bastoncino, con un rivestimento in lega di zirconio, che assorbe debolmente i neutroni.
18 tali barre di combustibile sono combinate in un gruppo di combustibile, che è montato superiormente in un tubo di zirconio, formando un canale di combustibile. I dispositivi di protezione e controllo corrono nelle stesse tubazioni.
Il design dei canali del carburante consente di ricaricare il carburante (utilizzando una macchina speciale) senza spegnere il reattore, cosa inevitabile per quasi tutti gli altri tipi di reattori. Il tempo di funzionamento del reattore alla potenza è aumentato e l'efficienza di utilizzo dell'uranio è notevolmente aumentata.
Schema strutturale del reattore canale acqua-grafite RBMK
Il primo RBMK con una capacità elettrica di 1000 MW è stato installato presso la centrale nucleare di Leningrado, che è stata commissionata nel 1973. Gli stessi reattori sono stati installati presso la centrale nucleare di Chernobyl.
Alla fine di 1983, il primo RBMK-1500 è stato commissionato presso la centrale nucleare di Ignalina. Pertanto, in meno di 30 anni, la potenza unitaria dei reattori è aumentata di 300 volte. Un RBMK-1500 ha la stessa capacità di tutte le centrali elettriche costruite nell'ambito del piano GOELRO. Il reattore di Ignalina è stato per diversi anni il più potente al mondo.
Secondo l'Agenzia internazionale per l'energia atomica, nel mondo sono attualmente operativi 443 reattori nucleari civili, con altri 51 in costruzione.
Pannello di controllo principale della centrale nucleare di Obninsk
La centrale nucleare di Obninsk è stata chiusa e dismessa nell'aprile 2002, vale a dire che ha operato per 48 anni senza incidenti, ovvero 18 anni in più rispetto a quanto inizialmente previsto, e durante quel periodo la stazione ha subito una sola revisione.
L'importanza della prima centrale nucleare difficilmente può essere sopravvalutata.Il suo ruolo è enorme nello sviluppo dell'energia nucleare, nel giustificare le soluzioni tecniche incluse nei progetti delle prossime centrali, nella formazione di personale altamente qualificato.
Nel 2009 è stato istituito un museo dell'energia nucleare sulla base della centrale nucleare di Obninsk.