Мирный атом: от легендарной АЭС к ядерным технологиям будущего

26 июня исполняется 70 лет с даты пуска первой в мире атомной электростанции. Она заработала в Советском Союзе — в Обнинске. О прошлом и будущем российского мирного атома — в специальном репортаже корреспондента «Науки».

Время первых

26 июня 1954 года первое электричество дала первая в мире АЭС — Обнинская. Она положила начало развитию мирного атома, до этого атомная энергия рассматривалась и использовалась, главным образом, в военных целях. В 2002 году первая АЭС была выведена из эксплуатации, сейчас это музей, многое восстановлено так, как было 70 лет назад.

Когда-то на месте первой АЭС было поле, города Обнинска не существовало. Место для строительства было выбрано из-за удобных грунтов — станция уходит под землю на 20 метров.

В 1946 году здесь, недалеко от деревни Пяткино, была создана сверхсекретная «лаборатория В», подчинявшаяся непосредственно 9-му управлению НКВД. Именно она дала начало современному Физико-энергетическому институту Росатома (ГНЦ РФ - ФЭИ). Тогда Советский Союз испытывал нехватку специалистов в области атомной энергетики — в «лабораторию В» были добровольно-принудительно приглашены немецкие специалисты под руководством Хайнца Позе.

{{slider|12855}}

— Первые квартирные дома в Обнинске были построены для них, они свободно передвигались, ездили в Москву и Ленинград, правда, с сопровождением. Хайнц Позе позже уехал в ГДР, его дети приезжали в Обнинск, у них остались хорошие впечатления о жизни в СССР, — рассказывает Василий Мерзликин, ведущий инженер отдела ядерной безопасности ФЭИ.

Первая АЭС, фасад которой построен в стиле «сталинского ампира», внешне выглядит как жилой дом или учреждение того времени. Так строили, опять же, из соображений секретности. Документация тоже велась секретно: нейтрон, к примеру, в бумагах называли «точка ноль», а уран — «альфа».

Когда строительство подходило к концу, в 1950-м, немецкие специалисты или вернулись домой, или были переведены в другие научные институты. Работу возглавил Дмитрий Иванович Блохинцев.

— Людей не хватало, Блохинцев был не только выдающимся ученым, но и преподавателем. Он привлек к работе своих лучших студентов и выпускников. Потом шутили, что первая АЭС стала самым большим дипломным проектом, а зарубежные гости удивлялись молодости сотрудников станции. В этом призыве был и мой отец, выпускник Московского энергетического института. Те фотографии, что вы увидите в музейной экспозиции, я рассматривал с детства, сидя на коленях у родителей. Это было время первых, люди работали с колоссальной самоотдачей, даже с одержимостью, не ради денег. Я думаю, им, включая Курчатова, не очень интересно было работать над бомбой, а вот развитие мирного атома — это другое дело. Не каждому ученому и инженеру удается поработать над таким проектом, — говорит Василий Мерзликин.

С легким паром!

Сказать, что сложностей было много — ничего не сказать. Не раз у создателей АЭС пробегал холодок по спине — проект под угрозой. Например, с нужными температурами не справлялись металлургическая и химическая промышленность — для полноценного реактора просто не было нужных материалов. Также постоянно ломались и лопались ТВЭЛы (трубки, в которых непосредственно проходит цепная реакция), пока... гениальный физик и материаловед Владимир Иванович Малых не создал нужную конструкцию. Из-за несовершенства приборов по два раза в день работа реактора останавливалась — ложные аварийные отказы, потом требовалось несколько часов, чтобы вернуть станцию в работу.

Но так или иначе все сложности были преодолены: 26 июня 1954 года станция дала первое электричество — 6000 вольт. «С легким паром!» — так поздравил коллектив института и станции Игорь Курчатов. Мощность была всего 5 электрических мегаватт, 30 тепломегаватт. Это очень мало даже по меркам того времени, но это был первый шаг. Сегодня 20% электроэнергии в России вырабатывается на АЭС.

Если говорить очень просто, то устройство типичной АЭС таково: деление ядерного топлива выделяет много тепла, которое кипятит воду, пар крутит турбину, турбина — генератор, тот вырабатывает электричество, которое потом по распределительной сети идет потребителям.

В 1955 году Блохинцев и другие сотрудники института принимают участие в первой в мире конференции, посвященной мирному атому в Швейцарии. Начиналась холодная война, доклады, по большей части были очень общими, коллеги из разных стран общались довольно настороженно. И вот Дмитрий Иванович читает максимально открытый и детальный доклад, подробно рассказывая об устройстве и конструкции советской АЭС — ему устроили стоячую овацию. Успех советской науки прогремел на весь мир. После этого, с некоторыми модернизациями, Обнинская АЭС проработала 48 лет без аварий.

Сейчас сюда пускают организованные туристические группы по предварительной записи, а сборные экскурсии проходят по пятницам. Чтобы принять участие в такой, нужно также заранее записаться через Агентство городского развития Обнинска.

Рождение атомного подводного флота

С Обнинской АЭС началось развитие многих направлений атомной энергетики. Например, здесь была создана реакторная установка ТЭС-3 для Крайнего Севера — по сути, небольшая АЭС на гусеницах, которая использовала шасси последнего советского тяжелого танка Т-10. Правда, в серийное производство установка так и не вышла. 

— Это были, конечно, разработки для атомного подводного флота. Он тоже рождался здесь. В институт для подготовки прибыли несколько офицеров — в условиях строгой секретности. Но те, кто их встречал, рассказывали, что, как в том анекдоте «ничто не выдавало советского шпиона»: все были одеты в одинаковые костюмы, одинаково подстрижены, шли чуть ли не в ногу... Когда офицеры играли в свободное время в футбол с сотрудниками института, кто-то мог крикнуть: «Эй, морячок, пасуй!». Службы первого отдела были очень недовольны: «Какой морячок? Нет здесь никаких моряков!». За несколько месяцев они стали высококлассными специалистами по обращению с реакторами и превратились в серьезный научный коллектив. Позже они составили костяк экипажа первой атомной советской подлодки «Ленинский комсомол». В 1962 году она стала первой советской подводной лодкой, достигшей Северного полюса, совершив опаснейший переход подо льдами. Например, в кабинете начальника станции все эти годы висят подаренные морские часы, их сохранили в экспозиции, — рассказывает Василий Мерзликин.

Здесь же разрабатывались ядерные элетродвигатели для космических аппаратов. Некоторые такие спутники и сейчас летают на орбите. 

Мост в будущее

{{slider|12856}}

Сегодня еще одна гордость Физико-энергетического института им. А.И. Лейпунского — комплекс быстрых физических стендов. Это крупнейшая лаборатория по исследованию физики быстрых реакторов.

Реактор на быстрых нейтронах позволяет превращать обедненный уран и отработавшее ядерное топливо в новое топливо для АЭС. Это позволит замыкать цикл использования топлива, эффективно перерабатывая самую опасную часть ядерных отходов. Получится пустить в дело примерно в 10 раз больше потенциала ядерного топлива, что обеспечит перспективу ядерной энергетике на тысячелетия. Необходимость в добыче урана отпадет если не навсегда, то на долгие годы.

Сейчас в мире действует всего два энергетических ядерных реактора на быстрых нейтронах большой мощности — БН-600 и БН-800. Оба работают на Белоярской АЭС в Свердловской области. За подобными реакторами будущее, а исследуют их в Обнинске, здесь, на БФС.

На стендах собираются и тестируются модели реакторов с разным топливом, разным соотношением изотопов. Мощность «реакторов» совсем небольшая — 200 Вт и 1 Квт. По сути, одна или несколько лампочек, но выделять много энергии и не нужно — в процессе исследований она просто уходит в воздух. Этой мощности достаточно, чтобы ставить эксперименты, но недостаточно, чтобы активная зона потом опасно «фонила» и требовалось останавливать работу людей.

— Это единственная в мире база, на которой можно экспериментально собрать активные зоны быстрых реакторов и полностью их изучить, и в дальнейшем дать заключение, соответствуют ли все заявленные нейтронно-физические параметры активных зон их расчетным характеристикам. Для исследования вручную собирают модели реакторных стержней из разных блоков. Была попытка ввести автоматическую сборку, но машина пока не может достичь нужной точности. Каждая конфигурация активной зоны имеет абсолютно свой характер, свое лицо — как мы все люди отличаемся. Мы лишь один раз проверяем каждую компоновку, даем заключение: безопасно, небезопасно, соответствует расчетам или нет, — рассказывает Александр Жуков, начальник комплекса БФС.

Энергия: чистая, дешевая, возобновляемая

Прямо сейчас внутри стендов исследуется БН-1200. Это натриевый реактор на быстрых нейтронах мощностью 1220 МВт, который сейчас проектируется для Белоярской АЭС. Его разрабатывают в рамках проекта «Прорыв».

— В настоящий момент в мире вырабатываются сотни тысяч тонн отходов ядерной энергетики в год. Это основной барьер на пути ее развития. Ядерные энергетические системы четвертого поколения с реакторами на быстрых нейтронах, которые будут давать конкурентоспособную по цене энергию, решают проблему утилизации ядерных отходов. Такие реакторы используют уже отработанное топливо снова и снова. То есть у нас сейчас имеются в настоящий момент запасы сырья на тысячи лет. При этом в дальнейшем энергетическая система на протяжении всего своего жизненного цикла поддерживает себя самостоятельно. То есть нарабатывает, воспроизводит ядерное топливо для себя. А остающиеся отходы примерно через 100 лет не будут превышать радиоактивность природных источников (сейчас отходам АЭС для этого нужны сотни тысяч лет). То есть это переводит ядерную энергетику в класс возобновляемых источников электроэнергии, — объясняет Владимир Соломатин, начальник отдела главного радиоэколога проектного направления «Прорыв».

В рамках современной российской программы рассматривается развитие четырех энергоустановок. Это реактор со свинцовым теплоносителем Брест-ОД-300, который уже строится в Северске Томской области; на стадии разработки реактор БВРС со спектральным регулированием; быстрые реакторы большой мощности: БН-1200М с натриевым теплоносителем и БР-1200 (развитие Брест-УД-300, но мощностью повыше). Также в перспективах — развитие АЭС малой мощности.

Владимир Соломатин уверен, что двухкомпонентная ядерная энергетика станет главной в ближайшее столетие, а затем мир полностью перейдет на быстрые реакторы. Они устроены так, что во внутреннем радиоактивном контуре нет такого высокого давления, как в привычных уже тепловых реакторах — это исключает риск взрыва и заражения большой территории. Согласно расчетам для Брест-ОД-300, БН-1200 и БР-1200, стоимость 1 кВт произведенной электроэнергии сопоставима с парогазовыми установками. Правда, такие реакторы все еще очень сложны и дороги в разработке и строительстве.

Ядерная медицина

{{slider|12857}}

Ядерные изотопы сегодня активно используются и в медицине. В Обнинске работает единственное в России предприятие по производству генераторов технеция. Технеций-99m как радиоактивный индикатор используется при диагностических исследованиях, включая травмы, воспаления, опухоли, болезни сердца, аномалии щитовидной и паращитовидной желез, заболевания почек, печени, желудка, слюнных и слезных желез и др. Это наиболее востребованный изотоп в ядерной медицине, на его основе проводится более 80% процедур эмиссионной компьютерной томографии. Именно из Обнинска генераторы развозят по медицинским учреждениям всей страны. А спустя две недели свинцовые оболочки и пластиковый корпус возвращают обратно для нового наполнения.

Сейчас в Обнинске строится крупнейший в Европе завод по производству радиофармпрепаратов. Он должен заработать в 2025 году. Здесь будут выпускаться десятки лекарств для диагностики и лечения онкологических, сердечно-сосудистых и эндокринных заболеваний. Например, речь идет о раке предстательной железы, почек, костных тканей, головного мозга, яичников, молочной железы, кишечника и др.

— На новом заводе мы по-прежнему будем производить препараты для лечения рака на основе изотопа йода-131. Но будут и новые, более сложные, которые цепляются к определенной молекуле, и тогда препарат становится таргетным. Он находит и поражает именно опухоль, при этом сохраняя здоровые ткани. Такие препараты будут делаться на основе изотопов лютеция, радия и, совершенно инновационные, актиния. Это про персонализированную медицину. То есть мы производим радиофарм препарат полностью под заказ для конкретных пациентов. В принципе, на флакончике можно даже имя написать, — рассказывает Олег Кононов, генеральный директор АО «НИФХИ им. Л.Я. Карпова».

Производство здесь будет почти полного цикла: в реакторах создают нужные изотопы, затем на фармзаводе превращают в полноценное лекарство, а после поездами и самолетами доставляют в медучреждения. Зависимости от зарубежных ресурсов у предприятия нет. Наоборот: изотопы, сделанные в Росатоме, часто уникальны и поставляются в другие страны. В будущем этот экспорт планируется расширять.

Текст: Елена Маслова