Обращение к сайту «История Росатома» подразумевает согласие с правилами использования материалов сайта.
Пожалуйста, ознакомьтесь с приведёнными правилами до начала работы

Новая версия сайта «История Росатома» работает в тестовом режиме.
Если вы нашли опечатку или ошибку, пожалуйста, сообщите об этом через форму обратной связи

История атомных реакторов /

А

Стро­и­тельство промыш­лен­ного уран-гра­фи­то­вого реак­тора для нара­ботки плу­то­ния было одним из важ­нейших этапов Совет­ского атом­ного про­екта. Нара­ботка на нем плу­то­ния из облу­чен­ного урана и изго­тов­ле­ние плу­то­ни­е­вой атом­ной бомбы — таков был крат­чайший путь к достиже­нию глав­ной цели про­екта

Полу­чится или нет?

Пер­во­на­чально новую реак­тор­ную уста­новку на стро­ящемся в Сибири заводе № 817 предпо­лага­лось делать с гори­зон­таль­ным рас­по­ложе­нием тех­но­логи­че­ских кана­лов, ана­логич­ной аме­ри­кан­ской, опи­са­ние кото­рой име­лось у И. В. Кур­ча­това. Тех­ни­че­ское зада­ние на реак­тор с гори­зон­таль­ными кана­лами, полу­чивший назва­ние реак­тор «А», было подго­тов­лено Лабо­ра­то­рией № 2 в сен­тябре 1945 года, а за его кон­струк­тив­ную про­ра­ботку отве­чал кон­струк­тор­ский сек­тор ГСП-11.

Парал­лельно с января 1946 года раз­ра­ботка реак­тора «А» была воз­ложена на плечи только что создан­ного ОКБ «Гид­ропресс» Нар­ком­тяж­маша. Под руко­вод­ством началь­ника ОКБ «Гид­ропресс» Б. М. Шол­ко­вича была изго­тов­лена и испытана упрощен­ная модель реак­тора в составе 9 кана­лов, вклю­чая гид­рав­ли­че­скую систему выгрузки облу­чен­ных ура­но­вых блоч­ков.

В январе 1946 года к про­ек­ти­ро­ва­нию реак­тора был также под­клю­чен НИИ­химмаш, для чего в нем сформи­ро­ва­лось из наи­бо­лее опыт­ных сотруд­ни­ков осо­бое под­раз­де­ле­ние — Гид­ро­сек­тор. В фев­рале 1946 года его спе­ци­а­ли­сты во главе с Н. А. Дол­лежа­лем при­шли к идее вер­ти­каль­ного аппа­рата — такая кон­струкция реак­тора решала многие про­блемы, свя­зан­ные с нерав­но­мер­но­стью теп­ло­вого поля и деформаци­ями устройств.

В июне 1946 года для окон­ча­тель­ного выбора кон­струкции реак­тора «А» руко­вод­ством ПГУ была создана спе­ци­аль­ная комис­сия, кото­рая рас­смот­рела эскиз­ные про­екты, пред­став­лен­ные ГСПИ-11, ОКБ «Гид­ропресс» и Гид­ро­сек­то­ром. Несмотря на то, что при выборе каких-либо аль­тер­на­тив­ных вари­ан­тов устройств предпо­чте­ние обычно отда­ва­лось наи­бо­лее близ­кому к аме­ри­кан­скому ана­логу, в дан­ном слу­чае после много­ча­со­вых спо­ров выбор был сде­лан в пользу вер­ти­каль­ной кон­струкции реак­тора, пред­ложен­ной Гид­ро­сек­то­ром.

В авгу­сте 1946 года был утвер­жден принци­пи­аль­ный про­ект вер­ти­каль­ного реак­тора. Между собой спе­ци­а­ли­сты назы­вали будущий реак­тор «Аннуш­кой», тем более, что не раз­реша­лось исполь­зо­вать термины «котел» или «реак­тор» даже во внут­рен­них докумен­тах; не рекомен­до­ва­лось это делать в уст­ной речи между собой. Глав­ным тех­но­логом про­екта назна­ча­ется В. И. Мер­кин, один из ближайших сотруд­ни­ков И. В. Кур­ча­това.

В целях эко­номии времени рабо­чие чер­тежи в Гид­ро­сек­торе раз­ра­ба­ты­ва­лись одно­временно с иссле­до­ва­тельскими и экс­пе­римен­таль­ными рабо­тами на стен­дах. Это поз­во­лило уже в 1946 году выдать рабо­чие чер­тежи и тех­ни­че­ские усло­вия заво­дам-изго­то­ви­те­лям обо­ру­до­ва­ния.

Перед кон­струк­то­рами и про­ек­ти­ровщи­ками нового реак­тора сто­яла слож­нейшая задача: нужно было решить множе­ство тех­ни­че­ских, тех­но­логи­че­ских и науч­ных вопро­сов и нала­дить про­из­вод­ство огром­ного коли­че­ства изде­лий, не имеющих ана­логов в оте­че­ствен­ной промыш­лен­но­сти. Для реа­ли­за­ции постав­лен­ной цели к созда­нию реак­тора «А» были под­клю­чены десятки кон­струк­тор­ских бюро, научно-иссле­до­ва­тельских инсти­ту­тов, заво­дов и фаб­рик. Так создан­ная в Гид­ро­сек­торе кон­струкция устройства для выгрузки облу­чен­ных бло­ков из кана­лов, испытан­ная на стенде, вызы­вала сомне­ния. Когда же она была изго­тов­лена в пол­ном объеме и испытана в реаль­ных усло­виях, стало оче­видно, что выяв­лен­ные недо­статки не поз­во­лят экс­плу­а­ти­ро­вать устройство, так как оно деформи­рует блочки. В. И. Мер­кин пред­ложил в сроч­ном порядке пере­дать про­ек­ти­ро­ва­ние и изго­тов­ле­ние разгру­зоч­ного устройства на завод № 92 в Ниж­нем Новго­роде. Кон­струк­тор­ское бюро завода № 92 под руко­вод­ством А. И. Савина создало свою кон­струкцию системы разгрузки облу­чен­ных ура­но­вых бло­ков кас­сет­ного типа, кото­рая и стала в даль­нейшем при­ме­няться на реак­торе «А» и других промыш­лен­ных реак­то­рах.

В сен­тябре 1946 года ГСПИ-11 выпол­нило пред­ва­ри­тель­ный про­ект кот­ло­вана под реак­тор «А» разме­рами 80х80х8 мет­ров. Через месяц, после деталь­ной про­ра­ботки кон­струкции реак­тора, глу­бина кот­ло­вана была уве­ли­чена до 24 мет­ров.

В апреле 1947 года зем­ля­ные работы на кот­ло­ване были завершены. Окон­ча­тель­ная глу­бина низшей точки соста­вила 53 метра. На заклю­чи­тель­ном этапе выемки скаль­ного грунта было занято 11 тысяч зем­ле­копов. Всего было извле­чено 157 тыс. кубомет­ров грунта. Вруч­ную с минималь­ной меха­ни­за­цией работ за семь зим­них месяцев был подго­тов­лен неви­дан­ных до этого разме­ров кот­ло­ван.

В июле 1947 года заверши­лись работы по бето­ни­ро­ва­нию шахты до отметки 0, уложено 82 тыс. м куб. желе­зо­бе­тона, смон­ти­ро­вано 6 тыс. тонн арма­туры. Впер­вые был при­ме­нен «тяже­лый» бетон, в состав напол­ни­теля добав­ля­лась желез­ная руда для улучше­ния био­логи­че­ской защиты. Само зда­ние реак­тора имело высоту около 80 м, большая часть из кото­рых при­хо­ди­лась на под­зем­ную часть, где рас­по­лагался реак­тор.

Мон­таж реак­тора также пред­став­лял собой непро­стую задачу: из-за громозд­ко­сти и большого веса метал­ло­кон­струкций было невозможно про­из­ве­сти кон­троль­ную сборку на заводе-изго­то­ви­теле. В связи с этим на спе­ци­аль­ной площадке вне зда­ния про­из­во­ди­лось укруп­не­ние сбор­ных метал­ло­кон­струкций, кото­рые потом подъем­ными кра­нами уста­нав­ли­ва­лись на место.

Зда­ние атом­ного реак­тора еще не было пол­но­стью достро­ено, когда в начале марта 1948 года нача­лась выкладка актив­ной зоны из гра­фи­то­вых бло­ков. По про­екту актив­ная зона в форме вер­ти­каль­ного цилин­дра диамет­ром 9,2 м и высо­той 9,2 м состо­яла из гра­фи­то­вых вер­ти­каль­ных колонн. Колонны, в свою оче­редь состо­яли из гра­фи­то­вых бло­ков высо­той 600 мм с квад­рат­ным сече­нием 200х200 мм и цен­траль­ным отвер­стием диамет­ром 44 мм. По периметру актив­ной зоны гра­фи­то­вые колонны стяги­ва­лись спе­ци­аль­ными бан­дажами.

Гра­фи­то­вая кладка про­ни­зы­ва­лась по вер­ти­кали 1200 тон­ко­стен­ными алюми­ни­е­выми тру­бами (толщина стенки 1 мм), через кото­рые про­те­кала вода и в кото­рых рас­по­лага­лись ура­но­вые блочки (диаметр 35 мм, высота 100 мм), очех­ло­ван­ные обо­лоч­кой из алюми­ни­е­вого сплава. В один тех­но­логи­че­ский канал загружа­лось 74 блочка. В ниж­ней части труб они упи­ра­лись в разгру­зоч­ное устройство, кото­рое при необ­хо­димо­сти могло выда­вать по одному блочку из любой вер­ти­каль­ной трубы. Под соб­ствен­ным весом блочки падали в воду и попа­дали в шахту перегрузки. Затем блочки поступали в транспорт­ную гале­рею, где хра­ни­лись под слоем воды 2 месяца, после чего направ­ля­лись на пере­ра­ботку.

Сверху и снизу гра­фи­то­вой кладки нахо­ди­лись цилин­дри­че­ские короб­ча­тые метал­ло­кон­струкции, по периметру кладка окружена кольце­вым баком, запол­нен­ным про­точ­ной водой.

При сборке нужно было не только пра­вильно рас­пре­де­лить гра­фит по зоне, но и соблю­дать мак­сималь­ную чистоту сборки. Исполь­зуя спе­ци­ально создан­ные нейтрон­ные зонды, группа физи­ков под руко­вод­ством И. С. Пана­сюка обес­пе­чила надеж­ный кон­троль чистоты гра­фи­то­вой кладки на всем про­тяже­нии работ.

К концу мая 1948 года был закон­чен основ­ной мон­таж обо­ру­до­ва­ния, меха­низмов и систем кон­троля, нача­лась их наладка. Несколько бригад меха­ни­ков, элек­тронщи­ков и элек­три­ков про­во­дили про­верку и отладку устройств регу­ли­ро­ва­ния и управ­ле­ния, доби­ва­ясь их абсо­лют­ной надеж­но­сти. Общий щит управ­ле­ния реак­то­ром нахо­дился дистанци­онно от реак­тора, в отдель­ной ком­нате.

1 июня 1948 года стро­и­тельство промыш­лен­ного реак­тора, на сооруже­ние кото­рого потре­бо­ва­лось 5 000 тонн метал­ло­кон­струкций и обо­ру­до­ва­ния, 230 километ­ров тру­бопро­во­дов, 165 километ­ров элек­три­че­ских кабе­лей, 5745 еди­ниц задвижек и про­чей арма­туры, 3 800 при­бо­ров, было завершено. Госу­дар­ствен­ная комис­сия при­няла комплекс пер­вого промыш­лен­ного атом­ного реак­тора «А» в экс­плу­а­тацию. С этого дня вся ответ­ствен­ность и тяжесть ложится на плечи уче­ных и экс­плу­а­таци­он­ный пер­со­нал.

1 июня 1948 года в 8 час. 50 мин. нача­лась загрузка реак­тора топ­ли­вом — ура­но­выми блоч­ками. Пер­вые блочки в реак­тор уложили лично И. В. Кур­ча­тов и Б. Л. Ван­ни­ков. Во время загрузки реак­тора бригада физи­ков под руко­вод­ством И. С. Пана­сюка непре­рывно вела наблю­де­ние за физи­че­ским состо­я­нием реак­тора. В 23 часа 15 минут 7 июня закон­чи­лась загрузка 36-го слоя ура­но­вых бло­ков.

В 0 часов 30 минут 8 июня при­бо­рами зареги­стри­ро­вано начало самопод­держи­вающейся цеп­ной реакции в промыш­лен­ном атом­ном реак­торе. При достиже­нии мощ­но­сти в 10 кВт участ­ники пуска про­вели ана­лиз и оценку физи­че­ских харак­те­ри­стик реак­тора и его систем управ­ле­ния и защиты. Так состо­ялся физи­че­ский пуск реак­тора «А».

10 июня, через два дня после физи­че­ского пуска реак­тора при закладке в реак­тор 72,6 тонн урана (про­ек­том преду­смат­ри­ва­лась загрузка 120-150 тонн урана) нача­лась цеп­ная реакция при нали­чии воды в тех­но­логи­че­ских кана­лах.

И. В. Кур­ча­тов вно­сит в опе­ра­тив­ный жур­нал сле­дующую запись:

«Началь­ни­кам смен! Пре­дупре­ждаю, что в слу­чае оста­нова воды будет взрыв. Поэтому ни при каких обсто­я­тельствах не допус­ка­ется пре­краще­ние подачи воды.»

К 19 июня 1948 года была закон­чена про­верка реак­тора, и началь­ник смены Ф. Е. Логи­нов­ский отдает рас­по­ряже­ние о подаче рабо­чего режима водо­снабже­ния, кон­троля и обес­пе­че­ния готов­но­сти всех рабо­чих мест к подъему мощ­но­сти. За пульт управ­ле­ния садится И. С. Пана­сюк, рядом И. В. Кур­ча­тов. Полу­чив доклады о готов­но­сти, в 12 часов 15 мин. И. В. Кур­ча­тов дает раз­реше­ние на подъем мощ­но­сти, после чего нача­лось извле­че­ние регу­ли­рующего стержня ава­рий­ной защиты. В 14 часов 45 мин. реак­тор достиг про­ект­ной мощ­но­сти 100 тыс. кВт. При работе на такой мощ­но­сти в каж­дой тонне урана за месяц накап­ли­ва­лось до 35 г плу­то­ния.

Нача­лась непре­рыв­ная круг­ло­су­точ­ная работа объекта и посто­ян­ный учет выра­бо­тан­ной реак­то­ром энергии и нара­ба­ты­ва­емого в нем плу­то­ния для пер­вой атом­ной бомбы. Не всё шло гладко. На каж­дом шагу в этом новом слож­ном процессе под­сте­регали неожи­дан­но­сти. По мере работы реак­тора на мощ­но­сти воз­никли неожи­дан­ные явле­ния кор­ро­зии, ради­аци­он­ное рас­пу­ха­ние гра­фита и ура­но­вых блоч­ков, сбои в водо­снабже­нии тех­но­логи­че­ских кана­лов и множе­ство других инци­ден­тов, пред­ви­деть и предот­вра­тить кото­рые было невозможно. Все это тре­бо­вало сниже­ния мощ­но­сти или оста­новки реак­тора, а время не ждало. Каж­дый час работы реак­тора был на счету пра­ви­тельства, ПГУ, Спец­коми­тета.

Уже в пер­вые сутки работы реак­тора на про­ект­ной мощ­но­сти, 20 июня, созда­лась ава­рий­ная ситу­ация. Из-за про­из­вод­ствен­ного брака в ячейке 17-20 при­от­крылся клапан холо­стого хода, и вода дав­ле­нием 8 атм вме­сто тех­но­логи­че­ского канала в зна­чи­тель­ной части ухо­дила в тру­бопро­вод холо­стого хода, где дав­ле­ние на поря­док ниже. Из-за недо­ста­точ­ного охла­жде­ния и перегрева раз­ру­ши­лись обо­лочка ура­но­вого блочка и тех­но­логи­че­ская труба и про­изошло спе­ка­ние урана с гра­фи­том с обра­зо­ва­нием кар­би­дов урана — по ана­логии с метал­лурги­че­ским про­из­вод­ством такую ава­рию назвали «коз­лом».

После этой ава­рии 30 июня 1948 года И. В. Кур­ча­тов в опе­ра­тив­ном жур­нале началь­ни­ков смен делает вто­рично запись:

«Началь­ни­кам смен! Пре­дупре­ждаю, что, в слу­чае оста­новки воды рабо­чего и холо­стого хода одно­временно, будет взрыв. Поэтому аппа­рат без воды остав­лять нельзя ни при каких обсто­я­тельствах. 30.06.48 г. И. В. Кур­ча­тов

Прошу дирек­тора реак­тор­ного завода озна­комить под рас­писку тех работ­ни­ков, от кото­рых это зави­сит. И. Кур­ча­тов»

Рас­чистка ава­рий­ного канала про­во­ди­лась до 30 июля при рабо­тающем реак­торе, но 25 июля создался еще один «козел» на другом тех­но­логи­че­ском канале. Окон­ча­тельно при­чина сниже­ния поступ­ле­ния охла­ждающей воды в тех­но­логи­че­ский канал была уста­нов­лена только в авгу­сте 1949 года, когда после вскрытия тех­но­логи­че­ского канала был обна­ружен полу­от­крытый клапан холо­стого хода.

Лик­ви­дация ава­рий вызвала еще одну про­блему — про­ник­но­ве­ния воды между гра­фи­то­вой клад­кой и тех­но­логи­че­ским кана­лом. Это создало усло­вия для воз­ник­но­ве­ния кор­ро­зии, кото­рая пре­вращала тех­но­логи­че­ские каналы в решето. Про­блему можно было решить заме­ной тех­но­логи­че­ских кана­лов из обыч­ного алюми­ния на ано­ди­ро­ван­ный алюми­ний, но это тре­бо­вало пол­ной оста­новки реак­тора. И в конце 1948 года такое реше­ние было при­нято.

20 января 1949 года реак­тор был оста­нов­лен на капи­таль­ный ремонт. Часть бло­ков, под­верг­шихся мак­сималь­ному облу­че­нию, была выгружена пла­но­вым спо­со­бом через систему разгрузки и отправ­лена на пере­ра­ботку. Осталь­ные блочки были выгружены через верх реак­тора, что при­вело к серьез­ному пере­об­лу­че­нию пер­со­нала.

После замены тех­но­логи­че­ских кана­лов на изго­тов­лен­ные из ано­ди­ро­ван­ного алюми­ния и модер­ни­за­ции системы осушки реак­тора 26 марта 1949 года реак­тор вновь стали выво­дить на мощ­ность.

Пере­чис­ле­ние наи­бо­лее частых или наи­бо­лее тяже­лых непо­ла­док и отка­зов в работе, спо­собы и усло­вия устра­не­ния их не дадут пол­ного пред­став­ле­ния о том, что прошли и пре­одо­лели пер­вопро­ходцы на опыте экс­плу­а­тации пер­вого промыш­лен­ного реак­тора. Многого еще не зная, в усло­виях дефицита урана, что тре­бо­вало сохра­нить каж­дый бло­чок для мак­симально возмож­ного накоп­ле­ния плу­то­ния, с огра­ни­чен­ными усло­ви­ями доступа к месту необ­хо­димых работ, зача­стую при воз­действии ради­ации пер­со­нал реак­тора «А» нахо­дил реше­ния всех про­блем.

В апреле 1950 года была про­из­ве­дена модер­ни­за­ция тех­но­логи­че­ских кана­лов реак­тора — их заме­нили на трубы с другим ореб­ре­нием, гаран­ти­рующим зазор между блоч­ком и стен­кой трубы для про­те­ка­ния охла­ждающей воды.

Экс­плу­а­тация реак­тора выяв­ляла все новые недо­четы его кон­струкции. 1 октября 1963 года реак­тор был оста­нов­лен на капи­таль­ный ремонт, во время кото­рого была про­ве­дена рекон­струкция системы водо­снабже­ния, смон­ти­ро­ваны водо­воды с новыми фильтрами, каналы с клапа­нами заме­нены на каналы без клапа­нов…

В 1970-х годах была достиг­нута мак­сималь­ная степень без­опас­но­сти управ­ле­ния процес­сом регу­ли­ро­ва­ния мощ­но­сти реак­тора за счет внед­ре­ния системы огра­ни­че­ния перемеще­ния регу­ли­рующих стреж­ней, что исклю­чило некон­тро­ли­ру­емый подъем мощ­но­сти реак­тора.

Регу­ляр­ное про­ве­де­ние капи­таль­ных ремон­тов, модер­ни­за­ция средств кон­троля и управ­ле­ния реак­то­ром, совершен­ство­ва­ние топ­лива обес­пе­чи­вали ста­биль­ную работу реак­тора «А». По про­екту пер­вый промыш­лен­ный реак­тор «А» должен был про­ра­бо­тать 3 года, фак­ти­че­ски он действо­вал 39 лет — до 1987 года, и при­чи­нами его оста­новки стали раз­рядка в меж­ду­на­род­ных отноше­ниях и отсут­ствие необ­хо­димо­сти в даль­нейшей нара­ботке плу­то­ния.