27. června letošního roku tomu bylo přesně půl století, kdy byla uvedena do provozu první jaderná elektrárna na světě. K této významné události došlo ve městě Obninsk (město se 100 000 obyvateli, které se nachází přibližně 100 km jihozápadně od Moskvy) v tehdejším Sovětském svazu. Výstavba elektrárny byla zahájena v roce 1951 na příkaz samotného J. V. Stalina. Vedením výstavby byl pověřen šéf sovětského atomového výzkumu I. V. Kurčatov.
Vzhledem k již výše zmíněnému 50. výročí je vhodné připomenout si tuto „prababičku“ jaderných elektráren blíže.

Obninská jaderná elektrárna pracovala ve dvouokruhovém uspořádání. Voda prvého okruhu o tlaku 10 MPa cirkulovala reaktorem a odevzdávala své teplo v parogenerátoru vodě druhého okruhu o tlaku 1,25 MPa, která se měnila na páru a ta poháněla turbogenerátor o elektrickém výkonu 5 MWe.
Reaktor této elektrárny, označovaný AM-1 (v překladu „Mírový atom“), byl svou skladbou předchůdcem reaktorů typu RBMK. Jednalo se o reaktor s uranovým palivem s obohacením 5% izotopem 235U, moderovaný grafitem a chlazený vodou. Reaktor pracoval v spektru tepelných neutronů a střední hustota toku neutronů činila 5.1013 neutronů/cm2.s. Nominální tepelný výkon reaktoru byl 30 MWt.
Aktivní zóna byla složena z grafitových bloků, sestavených do přibližně válcové geometrie. Uprostřed každého bloku se nacházel vertikální válcový otvor, který obsahoval buď palivový kanál, nebo kanál s regulační tyčí. Palivový kanál tvořil dlouhý grafitový válec, který obsahoval čtyři duté uranové elementy s jednou centrální trubkou a byl řešen jako Fieldova vratná trubka. Chladivo vstupovalo do kanálu jeho vrchní hlavou spojenou se vstupními i výstupními kolektory a procházelo centrální trubkou směrem dolů až do koncovky, kde měnilo směr a rozdělovalo se do jednotlivých dutých palivových elementů, přičemž přes stěnu ocelové trubky ochlazovalo povrch uranových elementů uvolňujících teplo. Vzhledem k tomu, že přívod i odvod chladiva se uskutečňoval v hlavě kanálu, mohl být celý kanál v případě poškození snadno odpojen a vyměněn. Celkový počet pracovních kanálů byl 128, aktivní zóna měla průměr 3000 mm a výšku 1700 mm.

Technologické schéma elektrárny 1 – reaktor, 2 – parogenerátor, 3 – turbogenerátor, 4 – kondenzátor, 5 – rozběhový kondenzátor, 6 – odplyňovač, 7 – doplňovací nádrž vody, 8 – kompenzátor objemu, 9 –cirkulační čerpadlo prvého okruhu , 10 – napájecí čerpadlo druhého okruhu, 11 – čerpadlo kondenzátu, 12 – cirkulační čerpadlo chladící vody A – voda prvého okruhu (10 MPa), B – pára (1,25 MPa), C – kondenzát druhého okruhu, D – stlačený vzduch, E – chladící voda

Reaktor AM-1 první jaderné elektrárny na světě 1 – aktivní zóna, 2 – nosná deska, 3 – horní deska, 4 – palivový kanál, 5 – kanál havarijní tyče, 6 – kanál tyče automatické regulace, 7 – kanál ionizační komory, 8 – stínění, 9, 10 – chlazení, 11 – rozdělovací kolektor, 12 - sběrný kolektor, 13 – horní stínění (litina), 14 – chlazení reflektoru

Celá aktivní zóna byla obklopena dalšími grafitovými bloky, které představovaly neutronový reflektor. Grafitová stavebnice spočívala na spodní nosné desce a byla uzavřena hermetickým pláštěm plněným dusíkem, resp. směsí hélia a dusíku, což mělo zabránit hoření grafitu. Reaktor byl pak umístěn v betonové kobce vyložené ocelovým plechem.
Ke kompenzaci přebytečné reaktivity sloužilo 18 kompenzačních tyčí z karbidu bóru, z nichž bylo 6 umístěno v centru aktivní zóny a 12 na okraji. Tyče se pohybovaly ve speciálních kanálech chlazených vodou doplňovanou ze sytému odděleného chlazení, kterou byl chlazen také grafitový reflektor. Kromě kompenzačních tyčí se v reaktoru ještě nacházely 4 tyče automatické regulace, které byly rozmístěny v reflektoru. Jejich poloha byla automaticky měněna prostřednictvím servopohonů v závislosti na informaci poskytnuté ionizační komorou. V případě rostoucí štěpné reakce se tyče automatické regulace zasouvaly, v případě útlumu štěpné řetězové reakce se automaticky vysouvaly. Současně pracoval pouze jeden pár tyčí a druhý byl v záloze. Tyto regulátory udržovaly úroveň štěpné reakce na ustáleném zadaném výkonu s přesností 3 %. Reaktor byl také vybaven dvěmi havarijními tyčemi, jejichž servomotory byly umístěny nad vrchním krytem reaktoru. Tyto tyče padaly volným pádem do AZ a přerušily tak štěpnou řetězovou reakci.
Z důvodů bezpečného provozu byl u každého palivového kanálu kontrolován průtok vody a její teplota, přičemž tyto parametry byly zobrazeny na centrálním pultu řízení a spojeny s havarijní ochrannou. Havarijní ochrana zapůsobila v případě porušení průtoku vody, nebo při překročení limitní teploty vody v kanálu.
U vody o tlaku 10 MPa dochází k varu při teplotě 309°C. Překročení této maximální hodnoty v libovolném kanále by vedlo k prudkému poklesu odvodu tepla a tudíž přehřátí a možnému porušení palivových článků. Kromě výše zmiňované teploty a průtoku by havarijní ochrany zapůsobily také v případě zvýšení zadaného výkonu o 20 %, při neúměrném překročení rychlosti změny výkonu a nebo výpadku elektrického napájení hlavních cirkulačních čerpadel. Celkem bylo možné rozpoznat dvanáct různých havarijních signálů.

Pohled do reaktorového sálu reaktoru AM-1. Na obrázku lze vidět servopohony havarijních tyčí	Centrální pult řízení jaderné elektrárny v Obninsku

Kromě výroby elektrické energie byl reaktor obninské jaderné elektrárny používán také k neutronově fyzikálnímu a materiálovému výzkumu. Z tohoto důvodu byl reaktor vybaven řadou experimentálních kanálů a také tepelnou kolonou umístěnou v grafitovém reflektoru.
Pět let po svém uvedení do provozu začala jaderná elektrárna v Obninsku sloužit již pouze jako testovací a výzkumné zařízení. Reaktor AM-1 byl definitivně odstaven až v roce 2002, tedy plných 48 let od svého uvedení do provozu.
Přestože se z dnešního pohledu může zdát jaderná elektrárna o výkonu 5 MWe bezvýznamná, zapsala se tato první jaderná elektrárna na světě nesmazatelně do historie jaderné energetiky. Do budoucna si lze jen přát, abychom mohli jadernou energii spojovat již jen s jejím mírovým využíváním.

Ing. Jan Rataj, Katedra Jaderných Reaktorů, FJFI ČVUT v Praze