Другие разделы курса Атомная энергетика. Ядерные реакторы АЭС. Атомный флот

ДВИГАТЕЛЬ АТОМОХОДА

Ядерные реакторы на быстрых нейтронах
География размещения БН
Проект БРЕСТ-ОД-300
Проект БРЕСТ-1200
Реактор БР-5 (10), г.Обнинск
Реактор БОР-60, г. Димитровград
Реактор БН-350, г. Шевченко
Реактор БН-600
Реактор БН-800
Проектные решения систем безопасности
АЭС с БН-800
Схемы обращения с РАО на АЭС с БН-800
Реактор БН-1200
Реализация принципа естественной безопасности в проекте БН-1200
ВВЭР
(Водо-Водяной Энергетический Реактор)
АЭС с ВВЭР-440
ВВЭР-1200
ВВЭР-1000
История разработки и сооружения
Конструктивные особенности реактора ВВЭР
Принципиальная тепловая схема
Реактор Большой Мощности Канальный (РБМК)
РБМК-1000 история создания
Устройство реактора РБМК-1000
Концепции безопасности реакторов РБМК
Тепловыделяющая сборка
Атомные станции
Белоярская АЭС
Балаковская АЭС
Балтийская (Калининградская) станция
Ленинградская АЭС
Ленинградская АЭС-2
Белорусская АЭС
Нововоронежская АЭС
Нововоронежская АЭС-2
Ростовская АЭС
Атомная энергетика
Смоленская атомная станция САЭС
Месторасположение Смоленской АЭС
История строительства
Деятельность
Экологическая политика
Экологический контроль
Атомные надводные корабли
Суда с ядерными энергетическими установками в России
Обзор судов с ядерной энергетической установкой
Атомные энергетические установки в корабельной энергетике
Атомная установка на авианосце
Атомный авианосец проекта «Шторм»
Тяжёлые атомные ракетные крейсеры проекта «Орлан»
История создания крейсеров проекта «Орлан»
Вооружение крейсеров проекта «Орлан»
Тяжелый атомный ракетный крейсер «Киров»
Тяжелый атомный крейсер «Петр Великий»
Разведывательный корабль «Урал»
Тяжелый авианесущий крейсер «Ульяновск»
Атомные ледоколы
Действующие ледоколы России
Атомный ледокол "Россия"
Ледоколы класса "Арктика"
Легендарный ледокол «Ленин»
ПЕРСПЕКТИВЫ АТОМНОГО ПРИВОДА
РИТМ-200 реактор для атомного ледокола
Судовая ядерная ППУ ледокола
Реактор ледокола
Корпус реактора
Система компенсации давления
Система газоудаления
Особенности парогенераторов
Второй контур
Реактор атомохода «Ленин»
Реакторы ОК-150
Универсальный двухосадочный атомный ледокол ЛК-60
Гражданские атомные плавсредства
Атомный сухогруз «Фукусима»
Саванна
ТРАНСПОРТНЫЕ СУДА
Рудовоз Otto Hahn («Отто Ган»)
Атомная подводная лодка
Реакторы для подводных лодок
АПЛ проекта 627
Атомная шестиракетная субмарина «К-19»
Ракетный подводный крейсер стратегического назначения
Атомные подлодки типа «Огайо»
АПЛ «Наутилус». США.
Ядерный реактор для авиации
Атомный противолодочный самолет
Создание атомного бомбардировщика
Летающая «утка» М-60/М-30
Атомный самолет М-19
Самолет с ядерным двигателем NB-36H (X6)
Ядерные двигатели
Стратегия США
Летающая атомная лаборатория
лаборатория
ПЛАВУЧИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
ПАТЭС Академик Ломоносов
Первый в мире плавающий реактор МН-1А
Физика
Основы электротехники
Базовый общетехнический курс
по электротехнике
Общая электротехника
Примеры решения задач по электротехнике
Решение задач по электротехнике
использование MATLAB
Язык программирования MATLAB
Расчет электрических цепей в Simulink
Моделирование цепей переменного ток
Электрические и магнитные цепи
Электротехнические материалы
Физические основы механики
Волновая оптика
Механика
Теория и синтез машин и механизмов
Информатика
Основы Web технологий
Учебник системного администратор
Основы организации персонального компьютера
Основы вычислительных систем
Основы вычислительных комплексов
Информационные системы и сети
Основные понятия об информации
и информатике
Устройство персонального компьютера
Windows
Microsoft Word
Microsoft Excel
Microsoft Access
Введение в локальные вычислительные сети
Интернет
Средства сжатия информации
Основы защиты компьютерной информации
Основы алгоритмизации
Система программирования Турбо Паскаль
Встроенный ассемблер
Turbo Visio
JavaScript
Примеры программирования на Java
Примеры скриптов для клиента на языке JavaScriptScript
Учебник PHP
Паскаль
Графика
Единая система конструкторской документации
Начертательная геометрия
Сопряжение
Курс лекций по начерталке
Практикум по решению задач
Вопросы к экзамену по черчению
Оформление чертежей
Инженерная графика
Машиностроительное черчение
Выполнение чертежей деталей
Виды соединений деталей
Позиционные задачи
Построения центральных проекций
Искусство
Литература и искусство эпохи Возрождения (Ренессанса)
Примеры решения задач по математике
Элементарная математика
Примеры решения задач курсовой
Кратные интегралы
Векторный анализ
Аналитическая геометрия
Курс лекций математического анализа
ТФКП
Типовой расчет по высшей математике
Введение в математический анализ
Определённый интеграл
Замена переменных
Числовые ряды
Правила вычисления неопределенных интегралов
Дифференциальные уравнения
 

Сердце судовой ядерной силовой установки — реактор, внутри которого располагаются содержащие уран стержни и протекает цепная реакция. Выделяющееся при этом тепло уносит теплоноситель первичного контура. Чаще всего это вода под давлением около 100 атмосфер, которое позволяет ей оставаться жидкой даже при температуре 278 градусов Цельсия. В более компактных установках для охлаждения реактора применяется жидкий натрий.

Раскалённый теплоноситель поступает в парогенератор, разогревая до точки кипения воду во вторичном контуре. Турбину вращает уже безопасный, не радиоактивный пар, образовавшийся из воды, которая не проходила сквозь реактор и не подвергалась облучению. Присоединённый к турбине генератор вырабатывает ток, питающий электроприводы гребных винтов.

Реактор атомохода «Ленин»

Реактор атомохода «Ленин». Снаружи ничего интересного, если честно, не видно

ДВИГАТЕЛЬ ТОРГОВЛИ

Создание атомных ледоколов полностью себя оправдало, — но таких кораблей требуется немного. Логично предположить, что надёжный и экономичный атомный двигатель принёс бы больше пользы человечеству, если бы устанавливался на торговых судах, которых по морям плавают многие тысячи. Эту гипотезу решились проверить американцы, построив в 1964 году «Саванну» — изящный, напоминающий обводами яхту грузопассажирский атомоход водоизмещением 13,6 тысяч тонн, реактор которого мощностью 74 МВт обеспечивал кораблю прекрасный 24-узловой ход. Судно могло принять на борт 8500 тонн груза и 60 пассажиров. Правда, оборудовать корабль бассейном или хотя бы стоматологическим кабинетом конструкторы не догадались.

Атомоход, строительство которого финансировалось правительством США, видевшим в его благородных очертаниях ненавязчивую рекламу мирного атома, не оправдал надежд. Реклама вышла так себе: проработав восемь лет, «Саванна» принесла лишь убытки. Высокая скорость оказалась не слишком полезной для торгового судна, теряющего массу времени на погрузку в портах. Не имела «Саванна» и преимуществ в грузоподъёмности: если бы реактор с защитой весил меньше, чем дизель вместе с запасом горючего, то на борт пришлось бы принять балласт, покрывающий эту разницу, иначе центр тяжести судна сместился бы вверх, уменьшая остойчивость. Каюты же постоянно пустовали, потому что торговое судно не могло следовать по туристическим маршрутам, а люди, отправляющиеся в деловые поездки, предпочитали более быстрый транспорт.

Атомный ледокол-лихтеровоз «Севморпуть»

Атомный ледокол-лихтеровоз «Севморпуть» огромен, поскольку при меньших размерах не смог бы принять груз, — а реактору требуется место, да и корпус ледокола громоздкий и тяжёлый. Жаль, что эта мощь простаивает впустую…

В результате экономия горючего не покрывала огромные накладные расходы. Эксплуатация атомохода требовала создания специальной инфраструктуры. Немалые средства поглощались курсами, где проходили подготовку члены экипажа, и административным аппаратом, который согласовывал заход корабля в иностранные порты. Но самое главное: для судна, которое часто заходит в порты, становится бесполезным основное преимущество атомного реактора — возможность длительного путешествия без дозаправок.

Не сложилась судьба и у немецкого атомохода «Отто Ганн», бороздившего моря с 1968 по 1979 год. Судно с водоизмещением 17 тысяч тонн, мощностью реактора 38 МВт и скоростью 17 узлов рассматривалось как «торгово-исследовательское», так как, помимо экипажа и груза, могло принять на борт 35 учёных. Используясь в основном в качестве океанографического корабля и почти никогда не заполняя трюмы товарами, «Отто Ганн» проделал огромный путь по морям планеты, доказав надёжность и безопасность ядерного двигателя. Но реальную пользу атомной силовой установки для торгового или исследовательского судна немцам продемонстрировать так и не удалось. Впоследствии атомоход переделали в обычный контейнеровоз, а три года назад списали и разрезали на металл.

При конструировании «Саванны» повышенное вниманиеуделялось эстетике

При конструировании «Саванны» повышенное вниманиеуделялось эстетике. Сегодня нечеловеческой красоты торговая атомная яхта ждёт, когда её превратят в плавучий музей

 

Немецкий «Отто Ганн»

Немецкий «Отто Ганн» — судно как судно, внешне — ничего особенного. Из всех атомных кораблей у него наименее завидная судьба: он был банально порезан на металл после окончания срока эксплуатации

 

 

Шестнадцать лет эксплуатации «Ленина» продемонстрировали исключительную эффективность атомных ледоколов (правда, спустя восемь лет после спуска на воду, в 1966 году, атомоходу потребовался капремонт, в ходе которого поставили новую двухреакторную установку: ядерная физика в те времена развивалась с такой же скоростью, с какой сегодня — компьютерные технологии). Так или иначе, перед инженерами встала задача перевести советский ледокольный флот на атом

Массовый проект атомных ледоколов получил общее название «Арктика» — по имени «первенца». Первая «Арктика» сошла со стапелей 26 декабря 1972 года, а за ней последовало ещё шесть атомоходов-близнецов. От «Ленина» новый тип судов отличался, во-первых, увеличенным в полтора раза водоизмещением, а во-вторых, невероятно (не только по советским меркам) роскошными условиями для проживания экипажа. В трюмах корабля размещались волейбольная площадка, две сауны и бассейн. Правда, без вышки для прыжков в воду (позже эта недоработка была учтена при конструировании подводных лодок проекта 941 — и это не шутка).

В принципе, предусматривалось и военное применение атомного ледокола. На борту имелись платформы для монтажа ракетных и артиллерийских установок. Два вертолётных ангара могли быть заняты боевыми противолодочными машинами. А наличие стоматологического кабинета позволяло проводить жёсткий допрос захваченных вражеских агентов без переправки их на «большую землю».

Ледокол «Ямал»

Ледокол «Ямал»

Ледокол «Ямал» (спущен на воду в 1992 году) — главный оплот мирового арктического туризма

 

ледокол «Таймыр»

Благодаря низкой осадке ледокол «Таймыр» способен работать в устьях полярных рек

Оборудование корабля бассейном и волейбольной площадкой, впрочем, объяснялось просто. Ледокол не берёт грузы (точнее, берёт их очень редко, мало и в случае крайней необходимости), и на борту остаётся слишком много свободного места, которое нужно чем-то занять. Главной же изюминкой конструкции стали два 171-мегаваттных реактора, позволявшие ледоколам типа «Арктика» развивать скорость 20 узлов при использовании силовой установки всего на 50% мощности. Даже при работе реакторов в «полнакала» для корабля не были препятствием ледовые поля 2,8-метровой толщины. Поистине же богатырский запас мощности требовался для прорыва торосов. Обычно плавучие льды Арктики имеют толщину не более двух с половиной метров, но, наползая друг на друга, они образуют протяжённые баррикады высотой до шести метров. К примеру, летом 1983 года в ледовый плен попал караван из пятидесяти советских судов, сопровождавшихся тремя ледоколами — двумя дизельными и атомоходом «Ленин». И только «Арктика» сумела пробиться на помощь.

Но мощность реакторов не всегда была решающим преимуществом, и стране требовались не только гиганты класса «Арктика». В 1989 и 1990 годах ледокольный флот был пополнен атомоходами «Таймыр» и «Вайгач» более скромного класса, водоизмещение которых составляло 21 тысячу тонн, а скорость — 18.5 узла. Ледоколы этого типа отличались небольшой осадкой, и это было продиктовано суровой необходимостью. К концу 1980-х проблема поддержания круглогодичной навигации в северных морях была практически решена, но огромные «Арктики» не могли войти в устья скованных льдом сибирских рек, на берегах которых находились важнейшие северные порты. Для этого и понадобились два маленьких ледокола.

Собственно, это всё: «Ленин», два ледокола с низкой осадкой и шесть «Арктик» плюс ледокольный транспортник «Севморпуть», о котором мы поговорим позже. Больше в СССР атомные ледоколы не строились, да и нигде в мире тоже. Вообще, Советский Союз стал единственной страной, отправившей атомный реактор на службу северному мореплаванию. Почему? Да потому что в подобных кораблях по-настоящему нуждались только северные страны, — но ни у Скандинавии, ни у Канады не было средств и технических возможностей для реализации подобных проектов. А США, видимо, посчитали, что на Аляске переживут и без атомоходов.

Последний ледокол серии «Арктика» — «50 лет Победы»

Последний ледокол серии «Арктика» — «50 лет Победы» — был спущен на воду в 1993 году и введён в эксплуатацию в 2007-м. Сегодня это флагман российского атомного флота

Последним, уже в 2007 году, в строй вступил шестой ледокол типа «Арктика» — «50 лет Победы» (стоит заметить, что он был спущен на воду ещё 29 декабря 1993 года, просто испытания затянулись из-за известных событий в стране). Корабль, строившийся по улучшенному проекту, отличался — и отличается по сей день — от «коллег» увеличенным до 25 тысяч тонн водоизмещением, повышенной до 21 узла скоростью, полимерным покрытием корпуса, снижающим трение, а главное — способностью крушить лёд не только на переднем, но и на заднем ходу без риска повредить винты и рули.

Из десяти построенных советских атомоходов выведены из состава флота три — остальные пока продолжают нести службу. Длительная пауза в строительстве ледоколов, взятая на рубеже веков, объяснялась сомнениями в необходимости новых кораблей этого типа. В этот период грузооборот на Северном морском пути упал вшестеро — до уровня примерно в миллион тонн; семи атомных гигантов вполне хватало. Но в последние годы поток российских и иностранных судов, следующих из Европы в порты Дальнего Востока через Северный морской путь, стал быстро нарастать. Ожидается, что уже в конце этого десятилетия объём одних лишь транзитных пере возок достигнет 25 миллионов тонн. Потребность в мощных атомных кораблях, способных проводить сквозь льды караваны контейнеровозов, появилась вновь.

Помимо вреда, тяжёлый кризис, охвативший страну в конце прошлого века, принёс атомному флоту и пользу. Невозможность использовать ледоколы по прямому назначению привела к тому, что их стали эксплуатировать в качестве круизных лайнеров, доставляющих любителей морозной экзотики к Северному полюсу, — так в 1989 году родился арктический туризм. Основным «туроператором» стал ледокол «Ямал», совершивший на сегодняшний день целых 46 рейсов к полюсу.

Туризм позволяет оправдать любые затраты. Несмотря на то, что стоимость круиза на ледоколе чрезвычайно высока, спрос устойчиво превышает предложение. Сделать путешествия к «макушке Земли» более доступными и комфортными позволит строительство специального ледокольного лайнера, способного перевозить не десятки, а сотни пассажиров. Но до этого дело пока не дошло.

Атомный ледокол — не только «коренной житель», но и пленник северных морей. Форма корпуса, оптимальная для продавливания ледовых полей, плохо подходит для плавания в условиях тропических тайфунов. Кроме того, окончательное охлаждение реактора, то есть отвод избыточного, утекающего мимо парогенератора тепла, осуществляется забортной водой, и эта система рассчитана на использование воды, температура которой близка к точке замерзания. При плюс 20° она просто не будет работать.

ЗАЩИТА РЕАКТОРА

Ядерные силовые установки гражданских судов отличаются от реакторов подводных лодок повышенным уровнем противорадиационной защиты. Трюмы транспортов и ледоколов вместительны. Отсутствие жёстких ограничений по весу и по объёму позволяет окружить активную зону «коконом» из метра бетона и 20 сантиметров свинца. Вторая такая же стена, дополнительно усиленная 10 сантиметрами полиэтилена, располагается снаружи первой и окружает парогенератор.

Радиация представляет собой поток образующихся при распаде ядер урана электронов, альфа-частиц (ядер гелия), гамма-квантов (обладающих высокой энергией фотонов) и нейтронов. Первые две составляющие полностью поглощаются даже несколькими сантиметрами воздуха. Для того же, чтобы остановить гамма-лучи, требуются тяжёлые металлы. Но свинец слишком мягок, и потому нужен железобетонный саркофаг, который не столько экранирует радиацию, сколько служит опорой свинцовому слою.

Нейтроны проходят и сквозь свинец. В отличие от гамма-квантов, они лишь многократно отражаются от ядер металла, но не поглощаются ими. Для нейтронного потока не прозрачен лишь водород. При столкновении с равным по весу ядром атома водорода — протоном — нейтрон разом отдаёт ему весь свой импульс. По этой причине реактор и требуется окружать ещё и слоем полиэтилена, полимера, в кубическом сантиметре которого атомов водорода намного больше, чем даже в чистом сжиженном водороде.

Общий вес ядерного судового двигателя достигает 3000 тонн

Общий вес ядерного судового двигателя достигает 3000 тонн. Из них 97% приходится на защиту. Поскольку масса защиты слабо зависит от мощности реактора, строить небольшие атомоходы нецелесообразно

Самой странной историей атомохода стали «приключения» японского «Муцу». Миниатюрный атомоход водоизмещением 8,5 тысяч тонн и мощностью реактора 7,5 МВт был спущен на воду ещё в 1964 году, но достраивали и доделывали его ещё почти тридцать лет! Лишь в 1991 году строительство завершилось, состоялась пара пробных плаваний, а затем работы над судном плавно перетекли на стадию дезактивации и демонтажа. Таким образом, японцы достигли тех же результатов, что и американские судостроители, выяснив, что никакого толку от атомохода в торговом флоте нет, но ценой куда меньших финансовых затрат.

Наконец, уже упомянутый советский грузовой атомоход «Севморпуть» был введён в строй в 1988 году. Огромный — 62 тысячи тонн — корабль принадлежал к уникальному классу: ледоколлихтеровоз. Следуя по чистой воде со скоростью 21 узел и самостоятельно пробиваясь через ледовые поля толщиной до 1,5 метра он перевозил до 30 тысяч тонн на 74 баржах, размещённых в затопляемых трюмах. Назначением «Севморпути» было снабжение поселений на побережье Ледовитого океана, не располагающих пристанями, к которым могли бы причалить корабли с большой осадкой.

Эксплуатация «Севморпути» получила неоднозначную оценку. С одной стороны, атомный лихтеровоз показал себя очень экономичным, отлично приспособленным к условиям ледовых морей транспортом, обладающим к тому же уникальными возможностями. С другой стороны, Советский Союз просто не располагал соответствующим грузоподъёмности ледокола количеством труднодоступных посёлков в Арктике — так много товаров на севере было не нужно. Быстро исправить ситуацию не удалось, а в девяностые годы работы стало ещё меньше. Встал вопрос об утилизации ненужного корабля. Лишь недавнее оживление экономики на Крайнем Севере позволило хотя бы отчасти обеспечить «Севморпуть» заказами. Но и это не помогло — 21 июля 2012 года лихтеровоз всё-таки исключили из состава флота и поставили на прикол. Может быть, временно.

Пятнадцать лет назад японское исследовательское судно «Мирай» несло на себе ядерный реактор

Пятнадцать лет назад японское исследовательское судно «Мирай» несло на себе ядерный реактор. Сегодня ничего не напоминает об амбициозном проекте прошлого

 

На главную