Kernkraftwerk Obninsk – die Geschichte des ersten Kernkraftwerks der Welt
Am 27. Juni 1954 wurde in der Nähe von Moskau in der Stadt Obninsk das weltweit erste Kernkraftwerk (KKW-1) mit einer Nutzleistung von 5000 kW in Betrieb genommen.
Uranus wurde 1789 vom deutschen Chemiker Martin Klaproth entdeckt und nach dem Planeten Uranus benannt. Jahrzehnte später, im Dezember 1951, erzeugte Kernkraft im EBR-I Experimental Breeder Reactor in Arco, Idaho, USA, erstmals Strom – für den Betrieb von vier Glühbirnen. Allerdings ist der EBR-I nicht für die Stromerzeugung ausgelegt.
Das Kernkraftwerk 1 in Obninsk ist das weltweit erste Kernkraftwerk, das Strom für die kommerzielle Nutzung produziert.
Das erste Atomkraftwerk der Welt
Bei der Schaffung des ersten der Welt Kernkraftwerk die führenden Institute, Designbüros und Fabriken der UdSSR nahmen daran teil. Die wissenschaftliche Bearbeitung des Problems erfolgt durch das Institut für Atomenergie (IAE) und persönlich durch den Akademiker I. V. Kurchatov. Seit 1951 liegt die wissenschaftliche und technische Leitung beim Institut für Physik und Energie und seinem Direktor Professor D. I. Blohintsev.
A. K.Krasin ist der erste stellvertretende Direktor. Die Entwicklung von Brennelementen (Brennstäben) wurde von V.A. Malykh geleitet. Der Entwurf des Reaktors wurde von einem Team unter der Leitung des Akademiemitglieds N. A. Dolezhal und seines engsten Assistenten P. I. Aleshenkov durchgeführt. Eines der wichtigsten Systeme – das Reaktorkontroll- und Schutzsystem – wurde unter der Leitung von I. Ya. Emelyanov, einem korrespondierenden Mitglied der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, entwickelt.
Der Bau des Kernkraftwerks Obnisk in den 1950er Jahren
Im Februar 1950 schlugen Wissenschaftler den Bau eines Versuchsreaktors in der Region Moskau vor, der 30.000 kW Wärme und 5.000 kW Strom erzeugen sollte. Der Ministerrat der UdSSR genehmigte das Projekt im Mai 1950.
Ende Dezember 1950 wurde ein Entwurf des Reaktors und des Wärmekraftwerks veröffentlicht, und Ende des folgenden Jahres begann die detaillierte Konstruktion und Produktion der Ausrüstung. Der Bau begann im Juli 1951.
Für das erste Kernkraftwerk wurde ein Wasser-Graphit-Kanalreaktor gewählt. Darin ist Graphit der Moderator, und Wasser dient der Abfuhr der in den Brennelementen freigesetzten Wärme (es ist übrigens auch an der Moderation von Neutronen beteiligt).
UdSSR. Region Kaluga. Obninsk. Reaktor des weltweit ersten Kernkraftwerks. Foto von TASS / Valentin Kunov
Der Grundaufbau eines Leistungsreaktors – ein komplexer und teurer technischer Aufbau – ist recht einfach.
Wasser-Graphit-Kanalreaktoren, der Vorläufer des ersten Kernkraftwerks, bestehen aus einem Stapel von Graphitblöcken, die mit vertikalen Löchern durchbohrt sind. Die Löcher bilden ein gleichmäßiges Raster. Sie enthalten Brennstoffkanäle mit Brennelementen und Kontroll- und Schutzgeräten (CPS).
Das Graphitpaket wird in einen versiegelten Reaktorraum gebracht, der mit einem Inertgas gefüllt ist. Der Reaktorraum wird durch eine Bodenplatte, auf der das Mauerwerk aufliegt, einen Seitenmantel und eine Oberplatte mit Öffnungen entsprechend den Öffnungen im Mauerwerk gebildet.
Zur Abfuhr der in den Brennelementen des ersten Kernkraftwerks freigesetzten Wärme waren zwei Zirkulationskreisläufe vorgesehen.
Der erste Kreislauf ist versiegelt. Darin wird das Wasser (Kühlmittel) von oben in jeden Brennstoffkanal geleitet, wo es erhitzt wird, und gelangt dann nach der Abkühlung in einen Wärmetauscher – einen Dampferzeuger, in dem die Pumpen es in den Reaktor zurückführen.
Im zweiten Kreislauf, im Dampferzeuger, wird Dampf erzeugt, der eine konventionelle Turbine antreibt. Der Energiereaktor ersetzt somit den Dampfkessel des Wärmekraftwerks. Aus diesem Grund wird es oft als dampferzeugendes Kernkraftwerk bezeichnet.
Strukturdiagramm des Reaktors des ersten Kernkraftwerks
Jetzt sieht das Gerät des ersten Kernkraftwerks einfach und gewöhnlich aus. Speziell für Spezialisten. Doch vor fast 70 Jahren, als es entstand, gab es kein Analogon, kein Modell und keine Bank, auf der man die Ergebnisse der Berechnungen überprüfen konnte.
Und es gab viele Fragen. Wie verteilt man das Wasser vom Primärkreislauf auf alle 128 Brennstoffkanäle und vier weitere Brennstoffzellen von jedem Kanal und wie ändert sich diese Verteilung, wenn sich die Kanalleistung ändert (was während des Betriebs unvermeidlich ist)?
Wie verhält sich der Reaktor, wenn es erneut zu einer unvermeidlichen Änderung der Dichte des Wassers im Kanal kommt, insbesondere während des Aufwärmens beim Anfahren und beim Abkühlen beim Herunterfahren, beim Übergang des Reaktors von einer Beschickung zur anderen usw.?
Mit der Inbetriebnahme des ersten Kernkraftwerks gingen Antworten auf diese und viele weitere Fragen ein, die die Erwartungen von Wissenschaftlern und Kraftwerksentwicklern voll und ganz bestätigten.
Die Lösungen bei der Konzeption des ersten Kernkraftwerks erwiesen sich als so erfolgreich, dass es auch heute noch, nach vierzig Jahren Betrieb, erfolgreich für wissenschaftliche und technische Experimente eingesetzt wird.
1956 wurde Calder Hall 1, das erste kommerzielle Kernkraftwerk, an das britische Stromnetz angeschlossen. 1958 wurde das erste kommerzielle Kernkraftwerk in den USA, das Shipport Nuclear Power Plant, eröffnet. 1964 war in Chinon an der Loire der erste französische Leistungsreaktor EDF1 in Betrieb.
Etwa vier Jahre lang, vor der Eröffnung des sibirischen Kernkraftwerks in Tomsk, blieb Obninsk der einzige Kernreaktor in der Sowjetunion. Das nächste sowjetische Kernkraftwerk, das 1964 an das Stromnetz angeschlossen wurde, war das 100-MW-Kraftwerk Nr. 1 in Belojarsk (siehe – Kernkraftwerke Russlands).
Die Reaktoren der ersten Stufe des Kernkraftwerks Beloyar und des Kernkraftwerks Bilibin lagen dem Reaktor in Obninsk am nächsten. Es gibt aber auch grundlegende Unterschiede. Im Kernkraftwerk Beloyarsk wurde erstmals in der Weltpraxis die nukleare Überhitzung von Dampf eingesetzt.
Die Erfahrung bei der Entwicklung und ein Jahrzehnt des Betriebs von Kanalreaktoren ermöglichte die Entwicklung eines Projekts für einen Reihenleistungsreaktor RBMK (Hochleistungssiedereaktor). Sein thermisches Schema ist das gleiche wie bei Reaktoren mit Wasser-Graphit-Kanälen, aber die Brennelemente sind nicht röhrenförmig, sondern stabförmig, mit einer Auskleidung aus einer Zirkoniumlegierung, die Neutronen schwach absorbiert.
18 solcher Brennstäbe werden zu einem Brennelement zusammengefasst, das oben in einem Zirkoniumrohr montiert wird und einen Brennstoffkanal bildet. Schutz- und Steuergeräte verlaufen in den gleichen Leitungen.
Die Gestaltung der Brennstoffkanäle ermöglicht das Nachladen des Brennstoffs (mit einer speziellen Maschine) ohne Abschalten des Reaktors, was bei fast allen anderen Reaktortypen unvermeidlich ist. Die Laufzeit des Reaktors bei Leistung wird verlängert und die Effizienz der Uranausnutzung wird erheblich gesteigert.
Strukturdiagramm des Kanal-Wasser-Graphit-Reaktors RBMK
Der erste RBMK mit einer elektrischen Leistung von 1000 MW wurde im Kernkraftwerk Leningrad installiert, das 1973 in Betrieb genommen wurde. Die gleichen Reaktoren wurden im Kernkraftwerk Tschernobyl installiert.
Ende 1983 wurde der erste RBMK-1500 im Kernkraftwerk Ignalina in Betrieb genommen. Somit hat sich die Blockleistung der Reaktoren in weniger als 30 Jahren um das 300-fache erhöht. Ein RBMK-1500 hat die gleiche Kapazität wie alle im Rahmen des GOELRO-Plans gebauten Kraftwerke. Der Ignalina-Reaktor war mehrere Jahre lang der leistungsstärkste der Welt.
Nach Angaben der Internationalen Atomenergiebehörde sind derzeit weltweit 443 zivile Kernreaktoren in Betrieb, weitere 51 befinden sich im Bau.
Hauptschalttafel des Kernkraftwerks Obninsk
Das Kernkraftwerk Obninsk wurde im April 2002 geschlossen und außer Betrieb genommen, d. h. es war 48 Jahre lang ohne Zwischenfälle in Betrieb, also 18 Jahre länger als ursprünglich geplant, und in dieser Zeit wurde das Kraftwerk nur einmal überholt.
Die Bedeutung des ersten Kernkraftwerks kann kaum hoch genug eingeschätzt werden.Seine Rolle spielt eine große Rolle bei der Entwicklung der Kernenergie, bei der Rechtfertigung der in den Projekten der nächsten Stationen enthaltenen technischen Lösungen und bei der Ausbildung von hochqualifiziertem Personal.
Im Jahr 2009 wurde auf der Grundlage des Kernkraftwerks Obninsk ein Museum für Kernenergie eingerichtet.