Подводные лодки с ядерным реактором сошли на воду в середине прошлого века. Первыми на воду свои суда спустили США и СССР, после чего их примеру последовали и другие развитые страны. Но как работают такие подводные лодки, ставшие основой флота многих государств?
Исследования в области ядерной двигательной установки морских судов начались в 1940-х годах на заре атомных проектов США и СССР. С тех пор только шесть стран владели и эксплуатировали атомные подводные лодки: Китай, Франция, Индия, Россия, Великобритания и США. Но как работают эти машины, которые в свое время стали основой стратегического флота СССР?
Первое, что нужно сказать — это то, что атомная подводная лодка не является ядерным оружием. На первый взгляд они выглядят как любая другая подводная лодка. Ключевое различие заключается в способе их питания. В первые дни атомных исследований ученые быстро поняли, что огромное количество энергии, выделяемой при расщеплении атома, может быть использовано для выработки электроэнергии. Ядерные реакторы на электростанциях уже 70 лет обеспечивают энергией дома и промышленность по всему миру. Аналогичным образом, каждая атомная подводная лодка получает энергию от своего собственного бортового ядерного реактора.
В основе каждого атома лежит ядро, состоящее из протонов и нейтронов. Некоторые тяжелые ядра очень восприимчивы к процессу ядерного деления, в результате которого они расщепляются на два более легких ядра с общей массой меньше исходного. Оставшаяся часть преобразуется в энергию. Количество выделяемой энергии огромно — оно способно питать города.
Реакторы на атомной подводной лодке обычно заправляются ураном. Природный уран, добываемый из земли, состоит в основном из урана-238, смешанного с небольшими количествами (0,7%) изотопа урана-235. Для работы реактора урановое топливо должно быть обогащено, чтобы содержать желаемую долю урана-235. Для подводных лодок это число обычно составляет около 50%.
Внутри реактора уран-235 бомбардируется нейтронами, в результате чего некоторые ядра подвергаются ядерному делению. В свою очередь, высвобождает больше нейтронов, и процесс продолжается с удвоенной скоростью — это называется цепной реакцией. Энергия выделяется в виде тепла, которое может быть использовано для привода турбин, вырабатывающих электроэнергию для подводной лодки.
Одним из основных преимуществ атомных подводных лодок является то, что они не требуют дозаправки. Когда они вступают в строй, то уранового топлива в них хватит более чем на 30 лет. Высокая эффективность ядерной энергетии также позволяет этим подводным лодкам работать на высокой мощности в течение более длительных периодов, чем обычные дизель-электрические суда.