Перша в світі атомна електростанція була побудована в СРСР через дев'ять років після атомного бомбардування Хіросіми. Цього найважливішого в історії техніки події передувала гарячкова і напружена робота по створенню власної ядерної зброї. Цю роботу очолив видатний вчений і талановитий організатор Ігор Курчатов. У 1943 році Курчатов створив в Москві свій дослідницький центр (в той час він носив назву Лабораторії № 2, а пізніше був перетворений в Інститут атомної енергії).
Досвіду по будівництву такого реактора в СРСР не було ніякого. Після деяких роздумів Курчатов вирішив доручити цю роботу НДІХІММАШ, яким керував Микола Доллєжаль. Хоча Доллєжаль був чистий хімік-машинобудівник і ніколи не займався ядерною фізикою, його знання виявилися дуже цінними. Втім, власними силами НДІХІММАШ теж не зумів би створити реактор. Робота пішла успішно тільки після того, як до неї підключилося ще кілька інститутів. Принцип дії і пристрій реактора Доллежаля були в загальних рисах зрозумілі: в металевий корпус поміщалися графітові блоки з каналами для уранових блоків і регулюючих стрижнів - поглиначів нейтронів. Загальна маса урану повинна була досягати розрахованої фізиками необхідної величини, при якій починалася підтримувана ланцюгова реакція поділу атомів урану. В результаті реакції поділу ядер урану виникали не тільки два осколка (два нових ядра), а й кілька нейтронів Ці нейтрони першого покоління і служили для підтримки реакції, в результаті якої виникали нейтрони другого покоління, третього і так далі.
В середньому на кожну тисячу виниклих нейтронів тільки кілька народжувалися не миттєво, в момент поділу, а трохи пізніше вилітали з осколків. Існування цих так званих запізнілих нейтронів, що є дрібною деталлю в процесі розподілу урану, виявляється вирішальним для можливості здійснення керованої ланцюгової реакції. Частина з них запізнюється на частки секунди, інші - на секунди і більше.
Після цього Курчатов міг приділити більше уваги мирного використання атомної енергії. За його дорученням Фейнберг і Доллєжаль почали розробляти проект реактора для атомної електростанції. Перший робив фізичні розрахунки, а другий - інженерні. Те що ядерний реактор може бути не тільки виробником збройового плутонію, а й потужною енергетичною установкою, стало ясно вже першим його творцям. Одним із зовнішніх проявів протікає ядерної реакції поряд з радіоактивним випромінюванням є значне виділення теплоти. В атомній бомбі ця теплота звільняється миттєво і служить одним з її вражаючих факторів. У реакторі, де ланцюгова реакція перебуває ніби в тліючому стані, інтенсивне виділення тепла може тривати місяці і навіть роки, причому кілька кілограмів урану можуть виділити стільки ж енергії, скільки виділяють при згорянні декількох тисяч тонн звичайного палива. Оскільки радянські фізики вже навчилися управляти ядерною реакцією, проблема створення енергетичного реактора зводилася до пошуку способів знімання з нього тепла. Досвід, отриманий в ході експериментів Курчатовим, був дуже цінним, однак не давав відповіді на багато питань. Жоден з побудованих до цього часу реакторів ні енергетичним. У промислових реакторах теплова енергія була не тільки не потрібна, але і шкідлива - її доводилося відводити, тобто охолоджувати уранові блоки. Проблема збору та використання тепла, що виділився в ході ядерної реакції, ні в СРСР, ні в США ще не розглядалася.
Найважливішими питаннями на шляху проектування енергетичного реактора для АЕС були: який тип реактора (на швидких або на повільних нейтронах) буде найбільш доцільний, що має бути сповільнювачем нейтронів (графіт або важка вода), що може служити теплоносієм (вода, газ або рідкий метал) , якими повинні бути його температура і тиск. Крім того, було багато й інших питань, наприклад, про матеріали, про безпеку для персоналу і про збільшення ККД.
Енергетичний реактор був не стільки промисловим, скільки науковим об'єктом. Безпосередньо будівництвом АЕС керувала Обнінська фізико-енергетична лабораторія, заснована в 1947 році. У перші роки тут не було ні достатніх наукових сил, ні необхідного обладнання. Умови життя також були далекі від прийнятних. Місто тільки будувався. Неасфальтовані вулиці покривалися навесні і восени непрохідною брудом, в якій безнадійно грузли машини. Більшість жителів тулилося в дощатих бараках і незатишних «фінських» будиночках. Лабораторія розташовувалася в абсолютно випадкових і непристосованих для наукових цілей будинках (одне - колишня дитяча колонія, інше - особняк Морозових). Електрика виробляла стара парова турбіна на 500 кВт. Коли вона зупинялася, все селище і будівництво занурювалися в темряву. Найскладніші розрахунки проводилися вручну. Однак вчені (багато з яких тільки нещодавно повернулися з фронту) стійко переносили труднощі. Думка, що вони проектують і будують першу в світі атомну електростанцію, розбурхувала уми і порушувала величезний ентузіазм.
При будівництві за основу була взята конструкція промислового реактора. Тільки замість уранових стрижнів передбачалися уранові тепловивідних елементи - твели. Різниця між ними полягала в тому, що стрижень вода обтікала зовні, ТВЕЛ же був двостінні трубку. Між стінками розташовувався збагачений уран, а по внутрішньому каналу протікала вода. Розрахунки показали, що при такій конструкції нагріти її до потрібної температури багато простіше. Ця начебто проста в описі схема насправді була технічно дуже складною. Теорії реактора тоді не існувало - вона народжувалася разом з ним. Особливо складним елементом були твели, від пристрою яких багато в чому залежало ККД всієї установки. Процеси, що протікали в них, були дуже складні з усіх точок зору: треба було вирішити, як і яким чином завантажувати в них уран, до якої міри необхідно його збагачувати, яким чином домогтися циркуляції води, яка перебувала під високим тиском, і як забезпечити теплообмін.
На першій АЕС була ретельно продумана система управління протікають в реакторі процесами. Були створені пристрої для автоматичного і ручного дистанційного керування регулюючими стрижнями, для аварійної зупинки реактора, пристосувань для заміни твелів. Відомо, що ядерна реакція починається лише при досягненні певної критичної маси речовини, що ділиться. Однак в процесі роботи реактора ядерне пальне вигорає. Тому необхідно розрахувати значний запас палива, щоб забезпечити роботу реактора більш-менш значний час. Вплив цього сверхкритического запасу на хід реакції компенсувалося спеціальними стрижнями, що поглинають надлишкові нейтрони. При необхідності збільшити потужність реактора (у міру вигоряння пального) регулюючі стрижні кілька висувалися з активної зони реактора і встановлювалися в такому положенні, коли реактор перебуває на грані ланцюгової реакції і йде активний розподіл ядер урану. Нарешті, були передбачені стрижні аварійного захисту, опускання яких в активну зону миттєво гасило ядерну реакцію.
Пуск першої в світі атомної електростанції
16 травня 1950 року постановою Ради Міністрів СРСР було визначено будівництво трьох досвідчених реакторів - уран-графітового з водяним охолодженням, уран-графітового з газовим охолодженням і уран-берилієвого з газовим або жідкометалліческім охолодженням. За попереднім планом всі вони по черзі повинні були працювати на єдину парову турбіну і генератор потужністю 5000 кВт.
Будівництвом атомної електростанції керувала Обнінська фізико-енергетична лабораторія. При будівництві за основу була взята конструкція промислового реактора, але замість уранових стрижнів передбачалися уранові тепловивідних елементи, так звані ТВЕЛи. Різниця між ними полягала в тому, що стрижень вода обтікала зовні, а ТВЕЛ був двостінні трубку. Між стінками розташовувався збагачений уран, а по внутрішньому каналу протікала вода. Наукові розрахунки показали, що при такій конструкції нагріти її до потрібної температури набагато простіше. Матеріал тепловивідних елементів повинен був мати міцність, протикорозійного стійкістю і не повинен був міняти своїх властивостей під тривалим впливом радіації. На першої атомної електростанції була ретельно продумана система управління протікають в реакторі процесами. Для цього були створені пристрої для автоматичного і ручного дистанційного керування регулюючими стрижнями, для аварійної зупинки реактора, пристосувань для заміни твелів.
Крім вироблення енергії, реактор Обнінськой атомної електростанції також служив базою для експериментальних досліджень і для вироблення ізотопів для потреб медицини. Досвід експлуатації першої, по суті експериментальної, атомної станції повністю підтвердив інженерно-технічні рішення, запропоновані фахівцями атомної галузі, що дозволило приступити до реалізації широкомасштабної програми з будівництва нових атомних електростанцій в Радянському Союзі.
На базі Обнінськой атомної електростанції був створений музей атомної енергетики.