Реактор «А

Реактор «А» — это первый в СССР и Евразии промышленный ядерный реактор, предназначенный для наработки оружейного плутония. Реактор был запущен 8 июня 1948 года на территории комбината № 817 (ныне Производственное объединение «Маяк» в городе Озёрск Челябинской области). Относится к классу уран-графитовых реакторов канального типа с водяным охлаждением. Эксплуатировался до 1987 года, после чего был остановлен и выведен из эксплуатации.

История создания

Предпосылки и советский атомный проект

Создание реактора «А» было частью советского атомного проекта, стартовавшего в 1942 году. После окончания Второй мировой войны и осознания угрозы ядерной монополии США (первое испытание ядерного оружия в СССР состоялось только в 1949 году) руководство СССР во главе с И. В. Сталиным поставило задачу форсированного создания собственного ядерного оружия. Ключевым элементом для этого требовался плутоний-239, который мог быть получен только в промышленном ядерном реакторе.

Научное руководство проектом осуществлял И. В. Курчатов. Конструкторские работы велись в Лаборатории № 2 АН СССР (ныне Курчатовский институт). Техническое задание на строительство реактора было разработано в 1945–1946 годах.

Выбор площадки и строительство

Для размещения реактора была выбрана площадка на Южном Урале, вблизи озёр Кызылташ и Иртяш. Строительство началось в 1946 году. Объект получил кодовое название «База-10» или «Аннушка». Руководителем строительства был назначен Б. Г. Музруков, впоследствии первый директор комбината № 817.

Строительство велось в условиях строжайшей секретности. Для возведения реакторного зала, системы охлаждения и вспомогательных зданий были привлечены тысячи заключённых, а также вольнонаёмные специалисты. Первый физический пуск реактора состоялся в ночь с 7 на 8 июня 1948 года. В 0 часов 30 минут 8 июня была достигнута критическая масса, и реактор вышел на мощность.

Авария 1948 года

Вскоре после пуска, 19 июня 1948 года, на реакторе произошла серьёзная авария. Из-за ошибки оператора и конструктивных недочётов произошёл локальный перегрев активной зоны, что привело к частичному разрушению тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) и выбросу радиоактивных газов. Авария была ликвидирована персоналом, в том числе ценой значительного облучения. Этот инцидент считается первой радиационной аварией в истории советской атомной промышленности.

Конструкция и принцип действия

Устройство

Реактор «А» представлял собой уран-графитовый реактор с графитовым замедлителем. Основные конструктивные элементы:

• Активная зона: цилиндрическая кладка из графитовых блоков высотой около 7 метров и диаметром около 9 метров. В графите были просверлены вертикальные каналы для размещения урановых стержней (ТВЭЛов) и стержней управления.
• Тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы): урановые стержни в алюминиевой оболочке, помещённые в технологические каналы. Использовался природный уран (содержание урана-235 около 0,7%).
• Система управления и защиты (СУЗ): стержни из кадмия или бора, поглощающие нейтроны. Вводились в активную зону для регулирования мощности и аварийной остановки.
• Система охлаждения: прямоточная, с использованием воды из озера Кызылташ. Вода подавалась снизу вверх через каналы с ТВЭЛами, отводила тепло и затем сбрасывалась в водоём-отстойник (озеро Карачай).

Принцип работы

Реактор работал на тепловых нейтронах. Цепная реакция деления урана-235 поддерживалась в урановых стержнях. При делении ядер урана-235 образовывались нейтроны, которые замедлялись графитом до тепловых скоростей и вызывали деление следующих ядер. Одновременно в уране-238 под действием нейтронов происходила реакция захвата с образованием урана-239, который после двух бета-распадов превращался в плутоний-239 — основной целевой продукт.

Тепло, выделявшееся при делении, отводилось проточной водой. После определённой выдержки (обычно несколько недель) урановые стержни извлекались из реактора и отправлялись на радиохимический завод для выделения плутония.

Эксплуатация и модернизация

Первые годы работы

После устранения последствий аварии 1948 года реактор был запущен вновь и вышел на проектную мощность (около 100 МВт). Первая партия плутония была получена в 1949 году и использована для создания первой советской атомной бомбы РДС-1, испытанной 29 августа 1949 года.

Модернизации

В течение 1950-х годов реактор «А» неоднократно модернизировался:

• Увеличена мощность до 150–200 МВт за счёт улучшения теплоотвода и замены ТВЭЛов.
• Внедрена система дистанционного управления стержнями СУЗ.
• Улучшена система охлаждения для снижения коррозии.
• В 1950-х годах реактор использовался также для наработки трития (для термоядерного оружия) и других изотопов.

Проблемы и аварийные ситуации

За 39 лет эксплуатации на реакторе произошло несколько десятков инцидентов, связанных с разгерметизацией ТВЭЛов, утечками радиоактивной воды и перегревами. Наиболее серьёзные аварии:

• 1957 год — частичное разрушение активной зоны из-за коррозии алюминиевых оболочек ТВЭЛов.
• 1967 год — заклинивание стержня управления, что привело к кратковременному неконтролируемому разгону мощности.

Остановка и вывод из эксплуатации

Закрытие

Реактор «А» был окончательно остановлен 16 июня 1987 года. Причинами остановки стали:

• Физический износ конструкций (графитовая кладка имела радиационные повреждения, корпусные элементы корродировали).
• Выработка ресурса по наработке плутония: к 1980-м годам потребность в оружейном плутонии снизилась, а более эффективные реакторы (например, РБМК) могли производить его в меньших объёмах.
• Ужесточение требований радиационной безопасности.

Современное состояние

После остановки реактор был переведён в режим «консервации». В 1990-х годах начались работы по выводу из эксплуатации. Из активной зоны извлечены все ТВЭЛы и графитовая кладка частично демонтирована. В настоящее время реакторный зал находится в состоянии «под наблюдением» — проводится мониторинг радиационной обстановки. Планируется полная ликвидация объекта к 2030-м годам.

Значение и наследие

Вклад в ядерную программу

Реактор «А» стал основой для создания советского ядерного арсенала. Без него было бы невозможно создать первую атомную бомбу в 1949 году. Он также послужил прототипом для серии уран-графитовых реакторов, в том числе для реакторов «АВ» (на том же комбинате) и для реакторов РБМК (используемых на АЭС).

Экологические последствия

Эксплуатация реактора «А» привела к значительному радиоактивному загрязнению окружающей среды. Основные источники:

• Сброс охлаждающей воды в озеро Карачай (содержащей радионуклиды, в том числе стронций-90 и цезий-137).
• Аварийные выбросы газов и аэрозолей.
• Захоронение радиоактивных отходов на территории комбината.

В 1957 году из-за аварии на ёмкости с радиоактивными отходами (Кыштымская авария) произошло крупное загрязнение территории Восточно-Уральского радиоактивного следа. Реактор «А» не был прямой причиной этой аварии, но его эксплуатация создала условия для накопления отходов.

Память

В 2018 году, к 70-летию пуска реактора, на территории ПО «Маяк» был открыт памятный знак. Реактор «А» является объектом культурного наследия регионального значения (как исторический памятник науки и техники). В музее ПО «Маяк» хранятся образцы оборудования и документация.

Интересные факты

• Реактор «А» был запущен всего через 3 года после первого в мире ядерного реактора (Чикагская поленница-1, 1942 год) и через 2 года после первого европейского реактора (Ф-1 в Москве, 1946 год).
• В первые годы работы реактор управлялся вручную — операторы вручную перемещали стержни управления, используя механические приводы.
• Название «А» расшифровывалось как «Атомный» или «Аннушка» (внутреннее кодовое имя).
• Реактор работал на природном уране, без обогащения, что требовало очень чистого графита и точной геометрии активной зоны.
• В 1950-х годах на реакторе проводились эксперименты по получению трансурановых элементов (нептуний, америций).

Источники

• Круглов А. К. «Как создавалась атомная промышленность в СССР». — М.: ЦНИИатоминформ, 1995.
• Музруков Б. Г. «Записки главного конструктора». — Челябинск: Южно-Уральское книжное издательство, 1998.
• Гладышев М. В. «Реактор «А»: история создания и эксплуатации». — Озёрск: ПО «Маяк», 2008.
• Доклад «Радиационная обстановка на территории ПО «Маяк»» (Федеральное медико-биологическое агентство, 2015).
• Материалы музея Производственного объединения «Маяк» (г. Озёрск, Челябинская область).