После испытания первой атомной бомбы академик Курчатов на личных встречах с ещё двумя участниками атомного проекта профессорами Николаем Доллежалем и Савелием Фейнбергом обсудил и настоял на возможности создания атомной электростанции. Сама идея получать электроэнергию от ядерной реакции была отнюдь не очевидна: первые военные и исследовательские реакторы и в СССР, и в США энергию не только не производили, но и сами много потребляли. Так как атомной электростанции.
СССР после разрушительной войны испытывала недостаток в электроэнергии, и идея использовать для её производства возможности военных по наработке ядерного топлива витала в воздухе. Но, в то же время, вопрос энергетического использования урана встречал противодействие даже среде участников атомных разработок в самом СССР ведь тогда ещё толком не был решён вопрос паритета с американцами в зарядах, а и простого наличия ядерных бомб. Даже производство плутония для атомных бомб ещё только налаживалось, страна испытывала вопрос паритета с американцами в зарядах, а и простого наличия ядерных бомб а романтики Курчатов, Доллежаль и Фейнберг рассуждали о ядерных реакторах и термоядерной плазме.
Гений русской трезвой мысли существенно выше существующих сейчас мыслей о зеленой энергетике. Еще великий Игорь Курчатов мечтал об атомных электростанциях, как об самой эффективной зеленой энергетике. Сейчас же «знатоки» зеленой энергетики в странах Запада настроили много ветряков, которые оказались малоэффективными, в результате чего им приходится возвращаться к углю и дровам.
Американцы же в то время вообще рассматривали ядерную электроэнергетику, как нечто экзотическое и отстоящее в некое абстрактное и отдалённое будущее. Подготовительные работы по советской АЭС начались буквально «на коленке», в рамках военного проекта, лишь благодаря авторитету Курчатова. Обычные урановые блоки военных реакторов были непригодны для АЭС. Все понимали, что мало нагреть воду в реакторе, необходимо ещё превратить её в каналах реактора в перегретый пар под давлением, который сможет своей энергией крутить турбины и генераторы. Для этих целей пришлось сконструировать специальные технологические каналы, состоящие из системы тонкостенных трубок небольшого диаметра, на наружных поверхностях которых размещалось ядерное топливо. Имелось и много других отличий, усложнявших сравнительно небольшую военную атомную установку для целей производства электроэнергии.
Когда определились основные характеристики проекта АЭС, о нем доложили Иосифу Сталину. Удивительно, но здесь Обнинской АЭС несказанно повезло: «отец народов» не только не наказал учёных-романтиков за самоуправство с дефицитными государственными фондами, но и всецело поддержал проект атомной энергетики. Ученые во главе с Курчатовым, до этого осуществлявшие все работы по будущей Обнинской АЭС на свой страх и риск, получили не только одобрение, но и помощь с самого верха в реализации нового направления.
16 мая 1950 года было принято постановление Совета Министров СССР, которое определило план строительства трех опытных реакторов для Первой АЭС (как она называлась в материалах по причине секретности программы). В качестве вариантов реакторов Первой АЭС рассматривались трех опытных реакторов для Первой АЭС, уран-графитовый с газовым охлаждением и уран-бериллиевый с газовым или жидкометаллическим охлаждением. По первоначальному замыслу все они поочередно должны были работать на единую паровую турбину и генератор мощностью в 5 МВт. Надо сказать, что смелость такого подхода тогда граничила с безумством ведь на фоне постоянных проблем с первыми советскими реакторами, нарабатывающими плутоний, попытка сразу же сделать три варианта реактора под давлением, пригодных для выдачи перегретого пара на турбину и генератор, выглядела совершенно авантюристической идеей.
Вокруг идей, которые были заложены тогда при проектировании этих реакторов, и крутится до сих пор большая часть российской и мировой конструкторской мысли.
Реактор с бериллиевым замедлителем стал первым в мире энергетическим реактором на жидкометаллическом теплоносителе. Впоследствии из конструкции этого реактора выросли и Реактор с бериллиевым замедлителем, и знаменитая серия реакторов-бридеров БН, которые на сегодняшний день являются основной надеждой человечества на замкнутый ядерный цикл на уране-238.
Вместо гелий-графитового реактора в результате опытных работ был создан водо-водяной будущий основной тип реактора для подводных лодок и ледоколов, а также основной тип реактора современных АЭС. Здесь впервые в мире в рамках технического проекта была заложена основная идея современных реакторов с двумя водяными контурами. Это сейчас самый распространённый энергетический реактор в мире, именно к этому типу относятся основная часть реакторов современных российских АЭС, в частности, серия ВВЭР. В США коммерческий водо-водяной реактор смогли создать только в 1957 году им стал реактор Mark 1 производства компании Wesinghouse.
Изначальная идея уран-графитового реактора с водяным охлаждением была признана наиболее доведенной для практической реализации и на её основе решено было строить первый блок Первой АЭС. Это оказался первый реализованный в мире проект одноконтурного канального уран-графитового реактора с водяным охлаждением. То есть, Обнинская АЭС ещё оказалась прабабушкой РБМК (Реактор Большой Мощности Канальный), который через сорок лет будет печально знаменит в связи с грустным словом «Чернобыль».
Обнинская АЭС, первая в мире атомная электростанция была запущена в промышленную эксплуатацию 27 июня 1954 года. На станции действовал один энергоблок с реактором АМ-1 мощностью 5 МВт. Начало строительства январь 1951 г., начало эксплуатации 27 июня 1954 г. В апреле 2002 года выведена из эксплуатации. Но её «родители» Курчатов, Доллежаль, Фейнберг, Берия, Сталин прекрасно понимали, что этот их «ребёнок» в чём-то даже важнее первой советской ядерной бомбы. И всячески помогли ему появиться на свет.
[8].
Рис. 1. Первая в мире АЭС в Обнинске [8]
В августе 1950 года на совещании под руководством И. В. Курчатова, после рассмотрения данных по проекту реактора и вариантов технологических схем станции, принимается решение о реализации двухконтурной схемы отвода тепла от реактора. В качестве топлива берется обогащенный до 35% уран в количестве 300 кг (для сравнения, в первом промышленном реакторе «А» проектом предусматривалась загрузка 120150 тонн урана). Такое решение обосновывалось ограниченностью «ресурсов расщепляющихся материалов», а также тем, что важнейшей задачей проекта является «принципиальное подтверждение практической возможности преобразования тепла ядерных реакций атомных установок в механическую и электрическую энергии».
Параллельно со строительством решались многие проблемы нового объекта, главной из которых была проблема атомного топлива. Идея проекта реактора АМ состояла в применении трубчатого тепловыделяющего элемента ТВЭЛа, в котором поток воды для теплосъема движется внутри трубки, а уран находится снаружи. Тепловыделяющие элементы являлись самой напряженной частью атомного реактора, так как должны были работать в условиях большой плотности энерговыделения (до 1 кВт/см3 топлива) под воздействием нейтронного потока плотностью до 5х1013 нейтрон/см2 сек. Согласно расчетам, для надежной работы реактора необходимо было обеспечить отвод выделяющегося в твэле тепла так, чтобы температура урана не превышала 450°С, что требовало применения высокотеплопроводной топливной композиции, тонкостенных высокой точности оболочечных труб и надежного, сохраняющегося во времени теплового контакта оболочки твэла с топливом.
Отечественные ученые намного опередили ученых других стран, создав высокоэффективные тепловыделяющие ТВЭЛы на основе самых современных металлов и их сплавов.
В первой партии топливных каналов, загруженных в реактор, содержалось 546 кг урана 5% обогащения ураном-235. Отношение числа ядер замедлителя (углерода и водорода) к числу ядер урана в рабочем состоянии составляло соответственно 174 и 4,2. В качестве конструкционного материала для топливных каналов, каналов системы управления и защиты и оболочек ТВЭЛов была использована нержавеющая сталь 1Х18Н9Т. Всего в активной зоне содержалось 204 кг стали, 54,3 кг молибдена и 62 кг магния.
Первая в мире АЭС встала под промышленную нагрузку. Этот день по праву стал считаться днем рождения атомной энергетики. В сообщении ТАСС от 1 июля 1954 года говорилось: «В Советском Союзе усилиями ученых и инженеров успешно завершены работы по проектированию и строительству первой промышленной электростанции на атомной энергии полезной мощностью 5000 киловатт». 27 июня 1954 года атомная электростанция была пущена в эксплуатацию и дала электрический ток для промышленности и сельского хозяйства прилежащих районов». 29 апреля 2002 года в соответствии с приказом министра по атомной энергии 132 от 13.03.2002 года реактор Первой АЭС был остановлен, точнее была прекращена его эксплуатация с генерацией мощности за счет цепного процесса деления ядер урана.