Obninsk NPP: la història de la primera central nuclear del món
El 27 de juny de 1954, prop de Moscou, a la ciutat d'Obninsk, es va posar en funcionament la primera central nuclear del món (NPP-1) amb una potència útil de 5000 kW.
Urà va ser descobert l'any 1789 pel químic alemany Martin Klaproth i va rebre el nom del planeta Urà. Dècades més tard, el desembre de 1951, al reactor reproductor experimental EBR-I d'Arco, Idaho, EUA, l'energia nuclear va produir electricitat per primera vegada, per fer funcionar quatre bombetes. Tanmateix, l'EBR-I no està dissenyat per generar electricitat.
La NPP-1 d'Obninsk és la primera central nuclear del món que produeix electricitat per a ús comercial.
La primera central nuclear del món
En la creació del primer del món central nuclear van participar els principals instituts, oficines de disseny i fàbriques de l'URSS. La gestió científica del problema la duu a terme l'Institut d'Energia Atòmica (IAE) i personalment l'acadèmic I. V. Kurchatov. Des de 1951, la gestió científica i tècnica s'ha confiat a l'Institut de Física i Energia i al seu director, el professor D. I. Blohintsev.
A.K.Krasin és el primer director adjunt. El desenvolupament d'elements de combustible (barres de combustible) va ser liderat per V.A. Malykh. El disseny del reactor va ser dut a terme per un equip dirigit per l'acadèmic N. A. Dolezhal i el seu assistent més proper P. I. Aleshenkov. Un dels sistemes més importants —el sistema de control i protecció del reactor— es va desenvolupar sota el lideratge d'I. Ya. Emelyanov, membre corresponent de l'Acadèmia de Ciències de l'URSS.
La construcció de la central nuclear d'Obnisk als anys 50
El febrer de 1950, els científics van proposar construir un reactor experimental a la regió de Moscou per generar 30.000 kW de calor i 5.000 kW d'electricitat. El Consell de Ministres de l'URSS va aprovar el projecte el maig de 1950.
A finals de desembre de 1950, es va publicar un disseny del reactor i la central tèrmica i, a finals de l'any següent, es va iniciar el disseny detallat i la producció d'equips. La construcció va començar el juliol de 1951.
Es va triar un reactor de canal d'aigua-grafit per a la primera central nuclear. En ell, el moderador és el grafit, i l'aigua serveix per eliminar la calor alliberada en els elements combustibles (per cert, també participa en la moderació dels neutrons).
URSS. Regió de Kaluga. Obninsk. Reactor de la primera central nuclear del món. Foto de TASS / Valentin Kunov
L'estructura bàsica d'un reactor de potència, una estructura tècnica complexa i costosa, és bastant simple.
Els reactors de canal d'aigua-grafit, els progenitors de la primera central nuclear, consisteixen en una pila de blocs de grafit perforats amb forats verticals. Els forats formen una graella uniforme. Contenen canals de combustible amb elements de combustible i dispositius de control i protecció (CPS).
El paquet de grafit es col·loca en un espai del reactor segellat que s'omple amb un gas inert. L'espai del reactor està format per una placa inferior sobre la qual descansa la maçoneria, una camisa lateral i una placa superior amb obertures corresponents a les obertures de la maçoneria.
Per eliminar la calor alliberada als elements de combustible de la primera central nuclear, es van disposar dos circuits de circulació.
El primer circuit està segellat. En ell, l'aigua (refrigerant) s'alimenta des de dalt a cada canal de combustible, on s'escalfa, després entra a un intercanviador de calor: un generador de vapor, després del refredament, en el qual les bombes el retornen al reactor.
En el segon circuit, en el generador de vapor, es genera vapor que acciona una turbina convencional, així, el reactor d'energia substitueix la caldera de vapor de la central tèrmica. Per això, sovint s'anomena central nuclear que genera vapor.
Esquema estructural del reactor de la primera central nuclear
Ara el dispositiu de la primera central nuclear sembla senzill i normal. Sobretot per als especialistes. Però fa gairebé 70 anys, quan es va crear, no hi havia cap analògic, model o banc on comprovar els resultats dels càlculs.
I hi havia moltes preguntes. Com distribuir l'aigua del circuit primari als 128 canals de combustible i quatre piles de combustible més de cada canal, i com canviarà aquesta distribució quan canviï la potència del canal (inevitable durant el funcionament)?
Com es comportarà el reactor quan hi hagi de nou un canvi inevitable en la densitat de l'aigua al canal, especialment durant el seu escalfament durant l'arrencada i el refredament durant l'aturada, quan el reactor passi d'una alimentació a una altra, etc.?
Amb l'inici de l'operació de la primera central nuclear, es van rebre respostes a aquestes i moltes altres preguntes, que van confirmar plenament les expectatives dels científics i els desenvolupadors de centrals elèctriques.
Les solucions implicades en el disseny de la primera central nuclear van tenir tant d'èxit que encara ara, després de quaranta anys de funcionament, es continua utilitzant amb èxit per a experiments científics i tècnics.
El 1956, Calder Hall 1, la primera central nuclear comercial, es va connectar a la xarxa nacional britànica. El 1958 es va obrir la primera central nuclear comercial als EUA, la central nuclear de Shipport. El 1964, el primer reactor de potència francès EDF1 funcionava a Chinon, al riu Loira.
Durant uns 4 anys, abans de l'obertura de la central nuclear de Sibèria a Tomsk, Obninsk va romandre l'únic reactor nuclear de la Unió Soviètica. La següent central nuclear soviètica que es va connectar a la seva xarxa va ser la central elèctrica número 1 de Beloyarsk de 100 MW el 1964 (vegeu: Centrals nuclears de Rússia).
Els reactors de la primera etapa de la central nuclear de Beloyar i de la central nuclear de Bilibin eren els més propers al reactor d'Obninsk. Però també hi ha diferències fonamentals. A la central nuclear de Beloyarsk, el sobreescalfament nuclear del vapor es va utilitzar per primera vegada a la pràctica mundial.
L'experiència de la creació i una dècada de funcionament de reactors de canal va permetre desenvolupar un projecte per a un reactor de potència en sèrie RBMK (reactor d'ebullició d'alta potència). El seu esquema tèrmic és el mateix que el dels reactors amb canals d'aigua-grafit, però els elements de combustible no són tubulars, sinó en forma de vareta, amb un revestiment d'aliatge de zirconi, que absorbeix dèbilment els neutrons.
18 d'aquestes barres de combustible es combinen en un conjunt de combustible, que es munta a la part superior en un tub de zirconi, formant un canal de combustible. Els dispositius de protecció i control funcionen per les mateixes canonades.
El disseny dels canals de combustible permet recarregar el combustible (utilitzant una màquina especial) sense apagar el reactor, cosa que és inevitable per a gairebé tots els altres tipus de reactors. El temps de funcionament del reactor a potència augmenta i l'eficiència d'utilització de l'urani augmenta molt.
Diagrama estructural del reactor de canal aigua-grafit RBMK
El primer RBMK amb una capacitat elèctrica de 1000 MW es va instal·lar a la central nuclear de Leningrad, que es va posar en funcionament l'any 1973. Els mateixos reactors es van instal·lar a la central nuclear de Txernòbil.
A finals de 1983, es va posar en servei el primer RBMK-1500 a la central nuclear d'Ignalina. Així, en menys de 30 anys, la potència unitària dels reactors ha augmentat 300 vegades. Un RBMK-1500 té la mateixa capacitat que totes les centrals elèctriques construïdes sota el pla GOELRO. El reactor Ignalina va ser el més potent del món durant diversos anys.
Segons l'Agència Internacional d'Energia Atòmica, actualment hi ha 443 reactors nuclears civils en funcionament al món, amb 51 més en construcció.
Tauler de control principal de la central nuclear d'Obninsk
La central nuclear d'Obninsk es va tancar i es va donar de baixa l'abril de 2002, és a dir, va funcionar durant 48 anys sense incidents, que és 18 anys més del previst originalment, i durant aquest temps l'estació només va tenir una revisió.
Difícilment es pot sobreestimar la importància de la primera central nuclear.El seu paper és enorme en el desenvolupament de l'energia nuclear, en la justificació de les solucions tècniques incloses en els projectes de les properes estacions, en la formació de personal altament qualificat.
L'any 2009 es va establir un museu de l'energia nuclear sobre la base de la central nuclear d'Obninsk.