Какими резонами и обстоятельствами определена ключевая технологическая парадигма советской атомной энергетики? Почему была одновременно сделана ставка на развитие как технологии ВВЭР, так и уран-графитовой конструкции? Об этом читайте в нашем обзоре, подготовленном по историческим материалам
Освоение Обнинской АЭС в эксплуатации давалась непросто, но международный успех создания первой в мире атомной станции был несомненным. Спустя год после ее пуска И.В. Курчатов и А.П. Александров предложили построить еще две АЭС: одну с реакторами полезной мощностью (э) 150 тыс. кВт, где замедлителем и теплоносителем работает простая вода (прообраз ВВЭР), и одну по типу действующей в Обнинске полезной мощностью до 75 тыс. кВт (уран-графитовый канальный реактор). Одновременно предлагалось создать и оценить в эксплуатации реакторы с замедлителем из тяжелой воды; с газовым теплоносителем, с графитовым замедлителем, газовым теплоносителем. Ученые аргументировали это решение тем, что проектирование, сооружение и опыт эксплуатации сразу четырех типов АЭС позволит определить основной путь для атомной энергетики в течение ближайших десятилетий.
Наперегонки со смертью
Первоначально выбор технологии для большой атомной энергетики СССР определялся Игорем Курчатовым. Весной 1956 года академик опубликовал статью «Некоторые вопросы развития атомной энергетики в СССР», в которой отметил: задача – создать атомную энергетику, которая будет экономически выгоднее угольной. Для этого надо построить первые крупные АЭС мощностью 400–600 МВт, чтобы накопить опыт производства и переработки твэлов. Это позволит проверить, какие из установок наиболее безопасны и эффективны, определить лучший тип реактора для масштабирования и тиражирования. Курчатов предлагал построить две станции с реакторами на тепловых и эпитепловых нейтронах с водяным замедлителем и теплоносителем. Электрическая мощность от одного реактора – 200 тыс. кВт. Аргумент в пользу ВВЭР состоял в том, что эти реакторы сравнительно невелики по размерам и просты по конструкции: затраты на сооружение таких АЭС будут минимальны.
Но жизненный путь Курчатова уже подходил к концу: годы тяжелейшей работы по созданию ядерного оружия, разворот масштабной промышленности для освоения атомной энергии сказались на здоровье основателя отрасли. В мае 1956-го Игоря Васильевича настиг первый инсульт, и на несколько месяцев он оказался прикован к кровати. Через полгода ученый продолжит работу, но снова перенапрягает силы, и в ноябре 1957 года – второй инсульт. Но и в этой ситуации Игорь Васильевич не прекращал работать, прикладывал огромные усилия для развертывания программы строительства АЭС, однако в феврале 1960-го его не стало, ему было всего 57 лет.
Программа создания опытных реакторов, а в среднесрочной перспективе – мощных АЭС включена в директивы ХХ съезда КПСС (1956 год). Была поставлена весьма амбициозная (но, как показали дальнейшие события, невыполнимая) задача: получить в первое же десятилетие 22,5 ГВт установленной мощности мирного атома. Но полноценные результаты справедливо ожидались только в случае, если другие министерства обеспечат выпуск оборудования для новой атомной технологии. Огромную работу должны были проделать конструкторы, инженеры и рабочие Министерства электростанций, строительных, и машиностроительных и иных министерств, ответственных за производство. .
По пятилетнему плану намечалось строительство в 1956–1960 годах четырех АЭС: Белоярской (мощностью 400 тыс. кВт с двумя реакторами типа АМБ), Уральской (с двумя реакторами типа КС, 50 тыс. кВт с замедлителем из тяжелой воды и газовым теплоносителем; на природном уране) и двух атомных теплоцентралей с реакторами типа ВВЭР: Московской в Ховрино мощностью 400 тыс. кВт (два блока) и Ленинградской АТЭЦ мощностью 200 тыс. кВт (один блок). Но при внешнем понимании перспектив атомной энергетики и приоритетном положении Минсредмаша вопросы координации сложного хозяйственного механизма СССР оказались самой большой проблемой реализации этой амбициозной программы, а самым узким местом стали возможности промышленности по производству оборудования ядерного острова.
Нужна научная база
Для обоснования проектов требовалось расширение экспериментальной базы. Курчатов инициировал развитие филиала Лаборатории № 2 в районе Обнинска, сооружение «горячих» лабораторий и реактора со сверхмощным нейтронным потоком для решения технологических задач. Строительство филиала не одобрили, но часть вопросов была решена по-другому: к 1958 году реконструирован реактор РФТ на площадке ЛИПАН в Москве (Курчатовский институт), мощность повысили с 10 до 20 МВт. Курчатов ставил задачу создать исследовательский реактор СМ-2 с очень высокой плотностью потока нейтронов для материаловедческих испытаний, физических исследований и получения новых трансурановых элементов, этот реактор был сооружен на площадке НИИАР в Димитровграде. Физпуск состоялся в октябре 1961 года, уже после безвременной кончины Курчатова. Позже мощность СМ-2 повысили до 100 МВт.
В 1960 году в ИАЭ под руководством В.В. Гончарова началась разработка петлевого материаловедческого реактора МР для замены РФТ. Этот реактор с восемью петлевыми установками был сооружен в очень короткий срок, физпуск состоялся в декабре 1963 года, а выход на мощность – в июле 1964-го. МР стал первым в мире канальным реактором погруженного типа. Проектная мощность реактора МР составляла 20 МВт, в последующем проводилась реконструкция для дальнейшего значительного расширения его экспериментальных возможностей. В результате мощность увеличена до 40 МВт (без петель), а количество петлевых каналов возросло с 13 до 26. Дополнительно созданы две новые петлевые установки.
Воплотили еще одну идею Курчатова – добиться высоких значений нейтронного потока в реакторе, работающем в импульсном режиме. Создан импульсный графитовый реактор (ИГР) для изучения динамики и безопасности реакторов при введении больших реактивностей, а также испытания конструкций при высоких температурах. ИГР был пущен в 1960 году.
В середине 1950-х возникла идея создания реактора МИР для испытаний опытных твэлов различных энергетических реакторов и конструкционных материалов. Этот реактор проектной мощностью до 100 МВт построен и пущен в Димитровграде в 1966 году.
Начало эры ВВЭР
В июле 1956 года принято постановление о разработке реактора ВВЭР мощностью 70 тыс. кВт (э). Интересно, что головной образец решили сразу же строить не на территории СССР, не дожидаясь референтных объектов, продвигали инициативы строительства АЭС в странах СЭВ – ГДР. Рассматривалось и сооружение пилотного блока в Польше. Дело было не только в желании показать достижения страны, но и в острой нехватке энергоресурсов, дефиците угля и провозной способности железных дорог.
Выпущенный технический проект ОКБ «Гидропресс» нуждался в экспериментальном подтверждении. Проектные задания по опытным АЭС предполагалось составить к 1 апреля 1956 года. Генеральное проектирование АЭС возложили на Министерство электростанций, разработку реакторов – на Минсредмаш. Минтяжмаш по техническим заданиям Минэлектростанций и Минсредмаша должно было разработать эскизные проекты реакторов.
Но задуманная кооперация складывалась сложно: в том числе по той причине, что страна активно осваивала месторождения, возрождала промышленность, развивала переработку. Все задачи требовали ресурсов, и за них шла жесткая ведомственная конкуренция. Задачи централизованного планирования решались сложно: довлел директивно предписанный оптимизм, одновременно усложнялся развивающийся хозяйственный механизм. Выпали инструменты мобилизации и принуждения предвоенной и военной поры.
Сторонникам и «лоббистам» атомной энергетики пришлось включиться в межведомственную борьбу. Для ускорения работ по атомной энергетике и изготовлению оборудования для АЭС И.В. Курчатов обращался с письмами в обкомы КПСС, к руководителям министерств, Совнархозов и ведомств. Он приглашал в ИАЭ секретарей обкомов КПСС, министров, председателей Совнархозов, разъяснял стоящие задачи в области атомной энергетики и просил об оказании помощи в этом деле. Но уже 4 октября 1956 года было скорректировано решение о программе строительства АЭС: инициировалось сооружение Нововоронежской станции мощностью 400 тыс. кВт с вводом в эксплуатацию в шестой пятилетке; исключили Московскую АТЭЦ. Для экономии угля намечалось выбрать площадки для строительства двух АЭС на юге страны, в том числе одной на Украине.
4 апреля 1957 года принято историческое решение подключить к строительству АЭС Министерство электростанций, это министерство вело реализацию всей программы развития энергетики (ключевыми позициями были строительство ГЭС и тепловых ГРЭС). Понимая реальные возможности промышленности, сдвинули вправо сроки изготовления и поставки оборудования для АЭС: Нововоронежской – первого блока в первом квартале 1959 года, второго блока в первом квартале 1960 года; Белоярской – первого блока в первом квартале 1959 года, второго блока в третьем квартале 1959 года и Ленинградской АТЭЦ – единственного блока во втором полугодии 1960 года.
Слабое звено: промышленность
Но работа шла тяжело. В апреле 1957 года правительство под давлением Минсредмаша признало нетерпимым, что внимание к выполнению заказов для атомной промышленности ослабло. В связи с этим обязали руководителей заводов, научно-исследовательских, конструкторских и проектных организаций, а также министерств и ведомств СССР (приборостроения и средств автоматизации, машиностроения, авиационной промышленности, оборонной промышленности, судостроительной промышленности, радиотехнической промышленности, электротехнической промышленности, тяжелого машиностроения, черной металлургии), выполняющих заказы для атомной промышленности, АЭС и атомного флота, установить особый контроль за выполнением указанных работ и в первоочередном порядке выделять для них необходимые ресурсы. Руководители получили предупреждение о личной ответственности за сроки и качество. Это был узнаваемый стиль реализации «первого проекта», главного приоритета страны. Но меры подействовали не сразу. 26 ноября 1957 года И.В. Курчатов направил письмо Н.С.
Хрущеву, в котором указывалось: «Работа в этом направлении у нас проводится плохо. В настоящее время с изготовлением основного оборудования первого контура АЭС (реакторов, парогенераторов и других аппаратов) создались большие трудности из-за неподготовленности производства тонкостенных и особотонкостенных труб, а также листового металла и поковок из специальных нержавеющих сталей… Основным изготовителям оборудования не выделены фонды на трубы, листовой металл и поковки… Без решения вопросов о производстве и поставке труб и металла из нержавеющих сталей не будет изготовлено оборудование не только для атомных электростанций, строящихся в СССР, но также и поставляемых за границу… С целью повышения ответственности за сроки поставки и качество труб и металла следовало бы обязать заводы поставлять трубы строительству АЭС наравне с поставками, выполняемыми для Минсредмаша» (то есть по строжайшему уровню технологической ответственности, оправданному при создании ядерного оружия). Подобное же письмо, для воздействия на заводы-изготовители, было направлено в Ленинградский обком.
После обращения И.В. Курчатова в ЦК КПСС к Н.С. Хрущеву и работы комиссии под председательством Л.И. Брежнева принято постановление от 8 марта 1958 года, в котором отмечалось, что строительство Белоярской и Нововоронежской АЭС велось неудовлетворительно; и вина за это возлагалась на Госплан. Курчатов просил в частичное изменение ранее принятых постановлений Совмина обязать Министерство электростанций обеспечить пуск в 1960 году по одному блоку на Белоярской и Нововоронежской атомных электростанций, суммарно 310 МВт.
Поскольку в решении отсутствовал перечень оборудования, которое должно было выпускаться рядом основных министерств, и не указывались промежуточные сроки поставки турбин, внутренних конструкций реактора, парогенераторов, трубопроводов, крупногабаритной арматуры из нержавеющей стали (550 мм), аппаратуры СУЗ, генераторов и т. п., вряд ли можно было рассчитывать на получение оборудования ранее установленного конечного срока комплектной поставки (второй квартал 1959 года).
На какое-то время положение с сооружением АЭС улучшалось, затем опять тормозилось. Поскольку работы над ВВЭР-200 шли, Курчатов предложил пересмотреть мощность намеченных блоков. Для Ленинградской АТЭС, где изначально предусматривалось сооружение ВВЭР электрической мощностью 200 МВт, Курчатов предложил разработать ВВЭР-М с увеличенной вдвое мощностью – прообраз будущей серии ВВЭР-440.
Но опять же амбиции неумолимо упирались в возможности промышленности. В 1959 году задержки в изготовлении оборудования для АЭС стали очевидны, поэтому И.В. Курчатов 2 марта 1959 года направил письмо заместителю Председателю Госплана СССР И.И. Кузьмину с просьбой рассмотреть вопрос о возможных мерах ускорения строительства АЭС и в особенности производства оборудования. Результата не было: если в решении задач оборонного и научного плана Курчатов действовал на «своей территории», в зоне ответственности могущественного Минсредмаша, то с программой строительства АЭС он входил в сферу влияния гражданских властей и особенно мощной топливно-электроэнергетической отрасли с ее традициями, интересами, проблемами. Не разделяя энтузиазма курчатовцев, председатель Госплана Кузьмин предложил Совмину ликвидировать строительство части АЭС, уменьшить количество реакторов на площадках с двух до одного, перенести сроки сооружения реакторов на два года.
Курчатову опять пришлось принимать меры, чтобы не допустить принятия таких решений. Было сформировано и проведено постановление: Министерству электростанций принять меры к доведению в 1962 году общей мощности АЭС до 1,2 ГВт, Госплану – предусмотреть материально-техническое обеспечение. В постановлении были предусмотрены полностью все мероприятия по обеспечению поставок материалов и изготовлению оборудования. Но было внесено и реалистичное в целом предложение о сокращении количества строящихся реакторов на атомных станциях с двух до одного (на Нововоронежской и Белоярской АЭС), отказе от строительства Ленинградской АТЭС и переносе сроков сооружения оставляемых реакторов на два года. Предложили ликвидировать строительство НВАЭС. Курчатов контратаковал, направив письма в ЦК и А.Н. Косыгину: объяснил, что строительство Нововоронежской станции не должно прекращаться. Он предложил рассматривать эту АЭС как опытно-промышленную установку, открывающую дорогу крупному направлению атомной энергетики – водо-водяным реакторам, а также радиохимическому направлению науки и производства. При этом Курчатов предложил отказаться от второго ВВЭР-200 в пользу сооружения более усовершенствованного реактора. Это письмо было подписано Курчатовым и А.П. Александровым и возымело свой эффект: Нововоронежская АЭС действительно стала полигоном технологии ВВЭР.
Выводим графитную линию
Стране объективно была необходима атомная генерация: угля уже не хватало, газа еще не хватало. Но было понятно, что промышленность не справляется. А между тем в распоряжении Минсредмаша была не только отработанная линейка канальных уран-графитовых реакторов, не только опыт эксплуатации, но и вся промышленность для их производства. Значимый плюс уран-графитовой технологии усматривался и в технологии перегрузки реактора, и в масштабировании аппарата.
Когда в феврале 1960 года Курчатова не стало, его работу продолжил А.П. Александров. Понимая объективные сложности с созданием корпусных реакторов и учитывая наличие действующих промышленных реакторов (и подконтрольной Минсредмашу индустрии их создания), Александров активизировал продвижение графитового направления. В системе Минсредмаша в рамках решения оборонных задач (строительства промышленных канальных реакторов) ранее были решены проблемы производства циркония и изделий из него, этот материал был предпочтителен в сравнении со сталью, поглощавшей больше нейтронов (а реактивность экономили). Площадка на заводе № 12 в Электростали, где решены первоочередные задачи на старте отрасли, уже стала мала, крупное циркониевое производство создали в Глазове. В письме Александрова первому заместителю министра среднего машиностроения А.И. Чурину в мае 1960 года указывалось, что курс на развитие направления ВВЭР необходимо сохранить, но для ускорения развития атомной энергетики и доведения экономики АЭС до тепловых
электростанций нужно задействовать опыт «водографитовых» реакторов на тепловых нейтронах единичной мощностью 1 ГВт (э) с использованием опыта строительства и эксплуатации таких аппаратов на объектах Минсредмаша. Параллельно предлагалось разрабатывать водо-водяные реакторы на тепловых нейтронах единичной мощностью 400 тыс. кВт по типу реактора Нововоронежской атомной электростанции; и реакторы на быстрых нейтронах единичной мощностью 250 и 600 тыс. кВт – для решения проблемы по топливной базе для дальнейшего развития атомной энергетики.
Так в становлении атомной энергетики в СССР оформились основные направления: сооружение АЭС с ВВЭР и уран-графитовых реакторов канального типа с водяным теплоносителем. Третье, «быстрое» направление, также заложенное отцами-основателями отрасли, тоже привело к появлению своей цепочки реакторов. Сегодня вклад линейки «быстрых натриевых», БН, в энергообеспечение пока несравненно меньший, но их дальнейшее развитие – дело будущего. Вместе с замыканием топливного цикла и развитием коммерчески привлекательных быстрых реакторов сегодня они дают надежду на это возможность определить судьбу части мировой генерации на перспективу нескольких тысячелетий.
Алексей Комольцев для журнала РЭА
