Obninsk NPP - lịch sử của nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới
Vào ngày 27 tháng 6 năm 1954, gần Moscow, tại thành phố Obninsk, nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới (NPP-1) với công suất hữu ích 5000 kW đã được đưa vào vận hành.
Sao Thiên Vương được phát hiện vào năm 1789 bởi nhà hóa học người Đức Martin Klaproth và được đặt tên theo hành tinh Uranus. Nhiều thập kỷ sau, vào tháng 12 năm 1951, tại Lò phản ứng tạo giống thử nghiệm EBR-I ở Arco, Idaho, Hoa Kỳ, lần đầu tiên năng lượng hạt nhân sản xuất ra điện—để chạy bốn bóng đèn. Tuy nhiên, EBR-I không được thiết kế để tạo ra điện.
NPP-1 ở Obninsk là nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới sản xuất điện cho mục đích thương mại.
Nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới
Trong việc tạo ra cái đầu tiên trên thế giới nhà máy điện hạt nhân các viện, phòng thiết kế và nhà máy hàng đầu của Liên Xô đã tham gia. Việc quản lý khoa học của vấn đề được thực hiện bởi Viện Năng lượng nguyên tử (IAE) và cá nhân Viện sĩ I. V. Kurchatov. Từ năm 1951, việc quản lý khoa học và kỹ thuật được giao cho Viện Vật lý và Năng lượng và Giám đốc là Giáo sư D. I. Blohintsev.
A.K.Krasin là phó giám đốc thứ nhất. Sự phát triển của các nguyên tố nhiên liệu (thanh nhiên liệu) do V.A. Malykh dẫn đầu. Thiết kế của lò phản ứng được thực hiện bởi một nhóm do Viện sĩ N. A. Dolezhal và trợ lý thân cận nhất của ông P. I. Aleshenkov đứng đầu. Một trong những hệ thống quan trọng nhất - hệ thống kiểm soát và bảo vệ lò phản ứng - được phát triển dưới sự lãnh đạo của I. Ya. Emelyanov, thành viên tương ứng của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô.
Tòa nhà của nhà máy điện hạt nhân Obnisk vào những năm 1950
Tháng 2 năm 1950, các nhà khoa học đề xuất xây dựng một lò phản ứng thử nghiệm ở vùng Moscow để tạo ra 30.000 kW nhiệt và 5.000 kW điện. Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô đã thông qua dự án vào tháng 5 năm 1950.
Vào cuối tháng 12 năm 1950, một thiết kế của lò phản ứng và nhà máy nhiệt điện đã được công bố, và vào cuối năm sau, thiết kế chi tiết và sản xuất thiết bị đã bắt đầu. Việc xây dựng bắt đầu vào tháng 7 năm 1951.
Một lò phản ứng kênh than chì nước đã được chọn cho nhà máy điện hạt nhân đầu tiên. Trong đó, chất điều tiết là than chì và nước dùng để loại bỏ nhiệt tỏa ra trong các nguyên tố nhiên liệu (nhân tiện, nó cũng tham gia vào quá trình điều tiết neutron).
Liên Xô. vùng Kaluga. Obninsk. Lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trên thế giới. Ảnh của TASS / Valentin Kunov
Cấu trúc cơ bản của một lò phản ứng điện - một cấu trúc kỹ thuật phức tạp và đắt tiền - khá đơn giản.
Các lò phản ứng kênh nước-than chì, tiền thân của nhà máy điện hạt nhân đầu tiên, bao gồm một chồng các khối than chì được đục lỗ thẳng đứng. Các lỗ tạo thành một lưới thống nhất. Chúng chứa các kênh nhiên liệu với các phần tử nhiên liệu và thiết bị kiểm soát và bảo vệ (CPS).
Gói than chì được đặt trong không gian lò phản ứng kín chứa đầy khí trơ. Không gian lò phản ứng được hình thành bởi một tấm dưới cùng mà khối xây nằm trên đó, một lớp vỏ bên và một tấm trên có các lỗ tương ứng với các lỗ trong khối xây.
Để loại bỏ nhiệt tỏa ra trong các phần tử nhiên liệu của NPP đầu tiên, hai mạch tuần hoàn đã được cung cấp.
Mạch đầu tiên được niêm phong. Trong đó, nước (chất làm mát) được đưa từ trên cao vào từng kênh nhiên liệu, nơi nước được làm nóng, sau đó đi vào bộ trao đổi nhiệt - máy tạo hơi nước, sau khi làm mát, trong đó máy bơm đưa nước trở lại lò phản ứng.
Trong mạch thứ hai, trong máy tạo hơi nước, hơi nước được tạo ra để chạy tuabin thông thường, do đó, lò phản ứng năng lượng thay thế nồi hơi của nhà máy nhiệt điện. Do đó, nó thường được gọi là nhà máy điện hạt nhân tạo ra hơi nước.
Sơ đồ cấu trúc lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân đầu tiên
Bây giờ thiết bị của nhà máy điện hạt nhân đầu tiên trông đơn giản và bình thường. Đặc biệt là đối với các chuyên gia. Nhưng gần 70 năm trước, khi nó được tạo ra, không có thiết bị tương tự, mô hình hay băng ghế dự bị nào để kiểm tra kết quả tính toán.
Và có rất nhiều câu hỏi. Làm cách nào để phân phối nước từ mạch sơ cấp đến tất cả 128 kênh nhiên liệu và bốn pin nhiên liệu nữa từ mỗi kênh và sự phân phối này sẽ thay đổi như thế nào khi công suất kênh thay đổi (không thể tránh khỏi trong quá trình vận hành)?
Lò phản ứng sẽ hoạt động như thế nào khi lại có sự thay đổi không thể tránh khỏi về mật độ nước trong kênh, đặc biệt là trong quá trình khởi động và làm mát khi tắt máy, khi lò phản ứng chuyển từ nguồn cấp này sang nguồn cấp khác, v.v.?
Với việc bắt đầu vận hành nhà máy điện hạt nhân đầu tiên, đã nhận được câu trả lời cho những câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác, điều này khẳng định đầy đủ kỳ vọng của các nhà khoa học và nhà phát triển nhà máy điện.
Các giải pháp liên quan đến việc thiết kế nhà máy điện hạt nhân đầu tiên đã thành công đến mức cho đến tận bây giờ, sau bốn mươi năm hoạt động, nó vẫn tiếp tục được sử dụng thành công cho các thí nghiệm khoa học và kỹ thuật.
Năm 1956, Calder Hall 1, nhà máy điện hạt nhân thương mại đầu tiên, được kết nối với lưới điện quốc gia Anh. Năm 1958, nhà máy điện hạt nhân thương mại đầu tiên ở Mỹ, Nhà máy điện hạt nhân Shipport, được khánh thành. Năm 1964, lò phản ứng điện đầu tiên của Pháp EDF1 đang hoạt động ở Chinon trên sông Loire.
Trong khoảng 4 năm, trước khi khai trương nhà máy điện hạt nhân Siberia ở Tomsk, Obninsk vẫn là lò phản ứng hạt nhân duy nhất ở Liên Xô. Nhà máy điện hạt nhân tiếp theo của Liên Xô được kết nối với lưới điện của họ là Nhà máy điện Beloyarsk số 1 với công suất 100 MW vào năm 1964 (xem — Nhà máy điện hạt nhân của Nga).
Các lò phản ứng của giai đoạn đầu tiên của Nhà máy điện hạt nhân Beloyar và Nhà máy điện hạt nhân Bilibin gần lò phản ứng nhất ở Obninsk. Nhưng cũng có những khác biệt cơ bản. Tại Nhà máy điện hạt nhân Beloyarsk, quá trình đốt nóng hạt nhân của hơi nước lần đầu tiên được sử dụng trên thế giới.
Kinh nghiệm chế tạo và vận hành các lò phản ứng dạng kênh trong một thập kỷ đã giúp chúng tôi có thể phát triển dự án lò phản ứng năng lượng hàng loạt RBMK (lò phản ứng sôi công suất cao). Sơ đồ nhiệt của nó giống như sơ đồ nhiệt của các lò phản ứng với các kênh than chì nước, nhưng các phần tử nhiên liệu không phải là hình ống mà là hình que, với lớp lót bằng hợp kim zirconium hấp thụ yếu neutron.
18 thanh nhiên liệu như vậy được kết hợp thành một cụm nhiên liệu, được gắn phía trên trong một ống zirconium, tạo thành một kênh nhiên liệu. Các thiết bị bảo vệ và điều khiển chạy trong cùng một đường ống.
Thiết kế của các kênh nhiên liệu cho phép nạp lại nhiên liệu (sử dụng máy đặc biệt) mà không cần tắt lò phản ứng, điều không thể tránh khỏi đối với hầu hết các loại lò phản ứng khác. Thời gian chạy lò phản ứng ở công suất được tăng lên và hiệu quả sử dụng uranium được tăng lên rất nhiều.
Sơ đồ cấu trúc của lò phản ứng kênh nước-than chì RBMK
RBMK đầu tiên có công suất điện 1000 MW đã được lắp đặt tại Nhà máy điện hạt nhân Leningrad, được đưa vào vận hành năm 1973. Các lò phản ứng tương tự đã được lắp đặt tại Nhà máy điện hạt nhân Chernobyl.
Vào cuối năm 1983, chiếc RBMK-1500 đầu tiên được đưa vào hoạt động tại Nhà máy điện hạt nhân Ignalina. Như vậy, trong vòng chưa đầy 30 năm, công suất đơn vị của các lò phản ứng đã tăng lên 300 lần. Một RBMK-1500 có công suất tương đương với tất cả các nhà máy điện được xây dựng theo kế hoạch GOELRO. Lò phản ứng Ignalina là mạnh nhất trên thế giới trong vài năm.
Theo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế, hiện có 443 lò phản ứng hạt nhân dân sự đang hoạt động trên thế giới, với 51 lò khác đang được xây dựng.
Bảng điều khiển chính của Obninsk NPP
Nhà máy điện hạt nhân Obninsk đã đóng cửa và ngừng hoạt động vào tháng 4 năm 2002, tức là nó đã hoạt động trong 48 năm mà không gặp sự cố, tức là dài hơn 18 năm so với kế hoạch ban đầu và trong thời gian đó nhà máy chỉ có một lần đại tu.
Tầm quan trọng của nhà máy điện hạt nhân đầu tiên khó có thể được đánh giá quá cao.Vai trò của nó là rất lớn trong việc phát triển năng lượng hạt nhân, trong việc chứng minh các giải pháp kỹ thuật có trong các dự án của các trạm tiếp theo, trong việc đào tạo nhân lực có trình độ cao.
Năm 2009, một bảo tàng năng lượng hạt nhân được thành lập trên cơ sở NPP Obninsk.