Ядерный реактор производит тепло посредством управляемой цепной ядерной реакции в критической массе расщепляемого материала (топлива). Все современные атомные электростанции представляют конструктивно критические реакторы деления. Мощность атомных реакторов деления управляема. Существует несколько подтипов такого рода машин, которые условно подразделяются на поколение I, II, III.
Классический ядерный реактор с водой под давлением
Все такие машины логично сравнивать с конструкцией реактора, где используется вода под давлением (PWR — Pressurized Water Reactor) — стандартной современной атомной установкой. Существует различие между реакторами на быстрых и тепловых нейронах. Установки на быстрых нейтронах отличаются меньшим производством отходов. К тому же отходы здесь демонстрируют более короткий период полураспада. Но такие системы сложнее строить и дороже эксплуатировать.
Реактор с водой под давлением относится к разряду энергетических систем II поколения. Здесь вода под высоким давлением используется в качестве теплоносителя и замедлителя движения нейтронов. Первичный контур охлаждающей жидкости находится под высоким давлением. Тем самым предотвращается вскипание воды. Это одна из наиболее распространённых типов конструкций, которые широко используются во всём мире.
Более 200 конструкций именно такого типа используются для выработки электроэнергии под нужды на суше и дополнительно несколько сотен в качестве военно-морских силовых установок. Между тем изначально проектировались эти системы под силовые установки атомных подводных лодок.
Как это работает? Ядерное топливо загружается в корпус машины, где активируется цепная реакция, которая сопровождается выделением значительного количества тепла. Соответственно, выделенным теплом нагревается вода, циркулирующая в первом контуре теплоносителя (первичный контур теплоносителя показан на схеме красной пунктирной линией).
Нагретая вода закачивается в теплообменник — парогенератор, через который первичный теплоноситель нагревает вторичный теплоноситель (показанный как пар контура генератор — турбина — конденсатор). Передача тепла осуществляется тут без смешивания двух жидкостей, так как теплоноситель первого контура несёт радиоактивность, тогда как вторичный теплоноситель исключительно чист.
Пар, образующийся в парогенераторе, пропускают через паровую турбину, а энергия, извлекаемая турбиной, используется для привода электрогенератора. На атомных подводных лодках электричество подаётся на электрический двигатель – привод винтов. После прохождения через турбину вторичный теплоноситель охлаждается в конденсаторе перед повторной подачей в парогенератор. Тес самым снижается давление на выходе из турбины, что способствует повышению теплового КПД.
Атомные подводные лодки + ядерный реактор
Знаменитый французский писатель Жюль Верн ещё в 1870 году фактически описал в научно-фантастическом романе «20 000 лье под водой» конструкцию электрической подводной лодки «Наутилус». Научная фантастика, однако, стала реальностью, когда в мире появилась атомная подводная лодка, причём, получившая то же самое наименование – «Наутилус».
Субмарину «Наутилус» спроектировали и отдали под строительство в США в 1952 году. Американцы до сего дня утверждают, что стали первопроходцами в этой области. Между тем, практически одновременно с американцами (в том же 1952 году) атомную подводную лодку (К-3 Проект 627) разработали и заложили под строительство в СССР.
Опять же американцы заявили на весь мир, что создали лодку-рекордсмена, которая установила рекорды:
- скорости,
- дальности,
- погружения,
среди всех существующих подводных лодок на планете. Однако как показывает историческая практика, советская субмарина «К-3» Проекта 627 оказалась куда быстрее (30 узлов против 23) и глубже погружаемой (300 метров против 200), чем американский проект. Одно лишь отставание от американцев отметилось по времени спуска кораблей на воду. Советскую машину АПЛ «К-3» спустили на три года позже (1957), но при этом советская субмарина прослужила 34 года (на 9 лет больше), а субмарина США – 25 лет.
Современный атомный флот состоит из кораблей, оснащённых относительно небольшими бортовыми ядерными корабельными реакторами. Эта концепция стала революционной для военно-морского флота, когда была впервые предложена, поскольку с топливом здесь проблем не было. Ограничения определяли только выносливость экипажа и припасы жизнедеятельности. Современные атомные подводные лодки способны оставаться под водой до 400 суток при полной загрузке судна.
Кто самый «крутой» в мире ядерных реакторов?
Как и следовало ожидать, самым «крутым» в мире ядерных корабельных реакторов позиционируются Соединённые Штаты (by myself). Как отмечается: военно-морской флот США имеет самый большой флот атомных подводных лодок (на 2023 год 60 штук). При этом именно США постоянно выносят жалобы относительно массированного присутствия атомных субмарин России (всего 33 штуки) в акваториях Тихого и Атлантического океанов.
Вместе с тем, если суммировать ВМС США, Королевский флот и французскую Национальную морскую пехоту, получается существенная атомная подводная численность. К началу 2000 года насчитывалось готовых и строящихся более 400 атомных подводных лодок. Правда, почти половина этого количества утилизированы. Но последние события вновь способствуют началу очередной гонки вооружений. Конечно же, эта гонка непременно захватит и атомные подводные лодки.
При помощи информации: Aruvian
Публикация Ядерный реактор подводной лодки (субмарины) впервые появилась на ZM.
