Ve čtvrtek 26. června si připomínáme významný krok v mírovém využití jádra učiněný ruskými inženýry, kteří strávili čtyři roky projektováním a stavbou první jaderné elektrárny světa stojící v Obninsku. V 17:45 místního času 26. června 1954 byla tato elektrárna připojena k síti a dodala do ní svých 1,5 MWe výkonu, druhý den byla agenturou Itar vydána zpráva, která znamenala zrození jaderné energetiky.
Trocha historie
Abychom získali správnou představu o počátcích jaderné energetiky, věnujme se nyní na chvíli některým průkopnickým jaderným reaktorům. V roce 1939 byla objevena štěpná reakce uranových jader a již o tři roky později dosáhl kritického stavu první jaderný reaktor světa. Byl to známý Chicago Pile-1, jehož aktivní zónu tvořily grafitové kostky a uranové pelety. Rok nato, tedy v roce 1943, byl v americkém výzkumném ústavu Oak Ridge National Laboratory spuštěn reaktor X-10, který v roce 1948 sehrál důležitou roli, protože jako první jaderný reaktor na světě vyrobil elektrickou energii. V roce 1951 proběhl větší experiment na reaktoru EBR-I v Idaho National Laboratory. Tyto reaktory sice produkovaly elektřinu a rozsvítily žárovku či žárovky, ale prvním jaderným reaktorem, který rozsvítil žárovky v domácnostech byl ruský AM postavený v Obninsku asi 100 km od Moskvy. O dva roky později byl tento čin následován připojením první jaderné elektrárny velkého výkonu k síti (podle tehdejšího měřítka, dnes by se jednalo o reaktor malého výkonu), která stojí v areálu dnešního výzkumného ústavu v Sellafieldu a měla instalovaný výkon 60 MWe. Prvním reaktorem velkého výkonu v Sovětském svazu se stal AMB-100, který byl spuštěn v Bělojarsku v roce 1964 a měl výkon 108 MWe.
První ruský jaderný reaktor s označením F-1 byl v Kurčatovově výzkumném institutu spuštěn v roce 1945 a podobně jako v případě ostatních průkopnických reaktorů šlo o grafitové kostky s otvory pro palivo. Novinkou, kterou tento reaktor přinesl bylo svislé umístění palivových kanálků, které se ukázalo lepší, než dosud používané vodorovné kanály. K regulaci byly používány dvě tyče ovládané mechanicky soustavou táhel a převodů. Za zmínku také stojí to, že poslední experiment na tomto reaktoru proběhl v roce 2012 a že dodnes zůstává provozuschopný, jde tak o nejstarší jaderný reaktor na světě, který se nám dochoval do dnešní doby v nezměněné podobě (pochopitelně až na nutné modernizace pro bezpečnost provozu).
Projektování první jaderné elektrárny
Při projektování Obninské jaderné elektrárny s označením AM (Atom mirnyj – mírový atom) bylo použito zkušeností získaných na reaktoru F-1 a při provozu reaktorů sloužících k výrobě zbraňového plutonia. Díky těmto poznatkům a nepochybně i tlaku shora bylo možno vyprojektovat jadernou elektrárnu během jednoho roku a postavit ji za další tři roky.
Rozhodnutí sovětské vlády padlo v první polovině roku 1950 a krátce poté začala příprava dokumentace pro jadernou elektrárnu AM. Vývoj reaktoru byl svěřen akademiku N. A. Dolležalovi s podporou jednoho z oddělení Akademie věd Sovětského svazu vedeného akademikem I. V. Kurčatovem, který pracoval na stavbě reaktoru F-1 v Moskvě. V září 1951 byla bagrem nabrána první lžíce zeminy v areálu Laboratoře B, dnes známé jako Státní výzkumné centrum a Fyzikální a energetický institut A. I. Lejpunského.
Podle původního projektu měly vzniknout celkem tři reaktory rozdílných typů, které by dodávaly páru na jednu 5MWe turbínu. Mělo se jednat o vodou chlazený grafitem moderovaný reaktor (blok AM), tekutým kovem chlazený a beryliem moderovaný reaktor (blok VT) a heliem chlazený a grafitem moderovaný reaktor (blok ŠG). Později došlo ke změnám v projektu, nezměněný vyšel reaktor AM, který byl postaven jako první a stal se předchůdcem reaktorů RBMK-1000. Blok VT byl nakonec chlazený slitinou olova a bismutu, která se později uplatnila k chlazení reaktorů na jaderných ponorkách a za několik let se chystají na trh vstoupit energetické reaktory SVBR-100. Poslední typ reaktoru byl nahrazen tlakovodním reaktorem, který se pak stal základem pro reaktory na jaderných ledoborcích a ponorkách, ze zkušeností s těmito reaktory později vzešly reaktory VVER. Cílem bylo prozkoumat výhody a nevýhody jednotlivých typů reaktorů a jak se nakonec ukázalo, všechny byly použitelné.
Spuštění první jaderné elektrárny světa
V říjnu 1953 začala montáž reaktorové nádoby a dalších zařízení. Do března 1954 se díky usilovnému tempu podařilo dokončit téměř veškeré práce na jaderném ostrově a byly zahájeny přípravy ke spuštění. Zavážení paliva do reaktoru začalo 9. května 1954 a po umístění 61. palivové tyče byla v 19:45 místního času spuštěna štěpná řetězová reakce. Tím byl sice spuštěn reaktor AM, ale nejdůležitější milník přišel 26. června 1954 v 17:45 místního času, kdy byla první jaderná elektrárna světa připojena k síti. Výkon zatím činil jen 1,5 MWe.
Po slavnostním spuštění nebyla zdaleka práce hotova, protože přišlo čtyřměsíční období odhalování nedostatků a jejich odstraňování. Po odladění jednotlivých systémů došlo 25. října 1954 k náběhu reaktoru na 100 % výkonu a generátor připojený k turbíně začal do sítě dodávat 5 MWe (instalovaný výkon reaktoru byl 6 MWe, tepelný 30 MWt).
Spuštění první jaderné elektrárny přilákalo pozornost celého světa a již během prvního roku zamířilo na tuto elektrárnu 486 zástupců ze 44 zemí, mezi nimiž byl i Indira Gándhíová, Džaváharlál Nehru, nositelé Nobelovy ceny za chemii Frédéric Joliot-Curie a Glenn T. Seaborg, Jurij Gagarin a Maršál Žukov. V druhém roce provozu bloku AM počet delegací ještě stoupl a i dnes je o návštěvu velký zájem, míří sem přes 2000 zájemců ročně většinou z řad studentů technických škol.
Konstrukce reaktoru AM
Reaktor se nachází v samostatné budově spolu s parogenerátory, čerpadly a dalšími zařízeními jaderného ostrova. Turbína a elektrogenerátor jsou umístěny v druhé budově vzdálené několik desítek metrů, do níž ústí také potrubí ze dvou dalších reaktorů (VT a ŠG). Reaktorová nádoba je zapuštěna do osmimetrové jámy v zemi a její aktivní zóna je vyplněna grafitem v podobě hranolů se šestiúhelníkovou podstavou s kruhovým otvorem uprostřed. Do těchto kanálů v grafitu jsou spouštěny palivové kazety mající podobu válce dlouhého 6,775 metru. V každé z nich jsou čtyři palivové proutky a jedna trubka pro přívod vody do spodní části kazety. Palivové proutky tvoří dvě soustředné trubky (průměr 14 a 9 mm), mezi které jsou naskládány palivové pelety. Otvorem uvnitř uranových pelet proudí ohřívaná voda vzhůru, její vstupní teplota je 190 °C a na výstupu má 280 °C. Provozní tlak je 10 MPa. V aktivní zóně vysoké 1,7 metru a o průměru 1,5 metru se nachází celkem 128 palivových kazet a 23 regulačních tyčí, jejichž poloha byla ovládána elektromotory. Palivo bylo obohaceno na 5 % a jeho výměna probíhala jednou za 100 dní při plném výkonu reaktoru.
V reaktorovém sálu se kromě reaktoru nachází skladovací bazén vyhořelého paliva a konstrukce pro skladování čerstvého paliva. Výměna palivových kazet probíhala za pomoci mostového jeřábu a během přesunu použitého paliva, byl sál hermeticky uzavřen. Personál ovládal jeřáb zpoza třímetrové betonové stěny a orientoval se jen pomocí tří malých průzorů. Při zavážení čerstvého paliva nebyla potřeba taková bezpečnostní opatření, takže obsluha měla výhled z klasické prosklené kabiny.
Mnoho informací z minulých odstavců o konstrukci reaktoru a paliva odpovídá stavu v pozdějších dobách, protože reaktor byl během svého provozu podstatně vyvíjen. Kupříkladu docházelo ke změně počtu regulačních tyčí, čerpadel apod. Při vývoji bezpečnostních systémů se zde odrážel vývoj na ostatních elektrárnách ruské konstrukce.
Ukončení provozu a současný stav
V letech před ukončením provozu reaktoru AM na něm probíhaly především experimenty se zařízeními používanými ve vesmíru a výroba radiofarmak. O tyto obory ale klesal zájem, takže 29. dubna 2002 byl reaktor odstaven a začaly přípravy na jeho vyřazení z provozu. Během 48 let provozu nedošlo k žádné nehodě a úniku radiace do životního prostředí nad stanovené limity.
V roce 2004 byl reaktor prohlášen za památku a začalo zde zřizování muzea. Krátce po ukončení provozu bylo z reaktoru vyjmuto palivo a později bylo přesunuto ke skladování mimo reaktorový sál. Ze všech zařízení, která jsou dodnes provozuschopná, zůstává v provozu jen dozimetrická dozorna, která monitoruje vnitřní prostory elektrárny a především grafit v reaktoru. Zajímavé je, že většina těchto přístrojů pochází z roku 1954 a neprošla přílišnou modernizací. Vyřazování tohoto reaktoru z provozu má skončit po 50 letech, kdy bude ukončeno jeho monitorování.
Jak bylo napsáno již výše, na návštěvu bloku AM do Obninsku míří každoročně velké množství především studentských výprav, takže i když zdejší muzeum zatím nebylo dokončeno, je toho zde k vidění mnoho. V expozici je umístěna řada dokumentů a fotografií z historie laboratoře B, ze života významných osobností s podílem na projektování a spouštění jaderného bloku AM a ze samotné výstavby a spouštění tohoto bloku, z nichž některé byly odtajněny v květnu 2014.
Význam pro další jaderné projekty
Kromě dodávání energie do sítě měl reaktor AM i své vědecké a školící poslání, protože na něm probíhalo mnoho výzkumných programů a byl na něm vyškolen personál pro další sovětské jaderné elektrárny. Také na základě provozních zkušeností s tímto reaktorem vznikaly první ruské učební materiály pro budoucí obsluhu reaktorů. Před stavbou Bělojarské elektrárny byla na Obninském reaktoru AM testována nová zařízení jako třeba přihřívače páry. Dále zde probíhal výzkum systémů pro použití ve vesmíru. Sem se řadí testování paliva pro zařízení TOPAZ sloužící k ohřevu vesmírných sond a jejich přístrojů, aby byly schopné provozu, a zařízení BOUK vyrábějící elektřinu na palubě vesmírných sond.
Reaktor AM stál na počátku průkopnické doby využití jádra, kdy se plánovalo používat jádro jako zdroj energie téměř všude – na lodích, ve vlacích, a dokonce i v autech. Některé tyto projekty byly v minulosti realizovány, některé jako třeba plovoucí jaderná elektrárna na svou realizaci teprve čekají (Jedná se o první komerčně provozovanou plovoucí jadernou elektrárnu, kterou se stane Akademik Lomonosov. Ve vojenství krátkou dobu fungovala USS Sturgis, o níž se můžete dočíst více v článku Plovoucí jaderné elektrárny). Z projektů v minulosti realizovaných stojí za řeč mobilní jaderná elektrárna TES-3, což byl tlakovodní reaktor o výkonu 8,8 MWt (generátor měl výkon 1,5 MWe) umístěný na podvozku těžkého tanku, jejíž prototyp byl uveden do provozu v roce 1961. Následovníkem byla běloruská mobilní jaderná elektrárna Pamir, která vznikla v polovině osmdesátých let minulého století a byla převážena na dvou návěsech pomocí těžkých vojenských osmikolových tahačů MAZ-537. Jaderné reaktory byly zkoušeny i na nákladních lodích, o čemž se můžete dočíst více v samostatném článku Civilní lodě s jaderným pohonem, a v roce 1959 se uchytily na prvním jaderném ledoborci světa Lenin. O rozvoji jaderného pohonu ledoborců pojednávají opět samostatné články (Jaderné ledoborce 1. část, 2. část a 3. část). Ve vojenství se jaderné reaktory uplatnily poměrně záhy k pohonu jaderných ponorek, první vznikla v USA v roce 1954 a o čtyři roky později vznikla jaderná ponorka i v Sovětském svazu. U zrodu těchto ambiciozních snah stála právě obninská jaderná elektrárna AM.
Zdroje:
Zápisky z exkurze na jadenrý blok AM
Tiskové zprávy
Niaep.ru
Rosatom.ru
Neimagazine.com
