Ядерные реакторы - [50]
Водоизмещение лодки 2700 тонн. Источником энергии служит ядерный реактор на тепловых нейтронах типа STR, уже описанный нами в предыдущей главе. В качестве замедлителя и первичного теплоносителя используется обычная вода под высоким давлением. Вода проходит последовательно через активную зону реактора и теплообменник. Вторичная вода, находящаяся в теплообменнике, превращается в пар, используемый для работы паровых турбин. Силовое оборудование подводной лодки размещено в двух отсеках. В одном отсеке установлены ядерный реактор и теплообменник. В машинном отделении находятся две паровые турбины, здесь же размещены турбогенераторы, снабжающие подводную лодку электроэнергией, и главный пульт управления механизмами машинного и реакторного отсеков. В случае аварии двигатель подводной лодки может работать от аккумуляторной батареи или от генератора, приводимого в движение дизелем. Безопасность команды при работе реактора обеспечивается специальной защитой. По рекламным сообщениям американской печати, эта защита якобы настолько эффективна, так снижает интенсивность излучения, что члены экипажа при непрерывном многолетнем плавании получат меньшую дозу излучения, чем они получают за свою жизнь в результате действия космических лучей и естественной радиоактивности земли. «Наутилус» снабжен специальными приборами, контролирующими радиоактивные излучения. Приборы реагируют на повреждение труб в теплообменнике, предупреждают о проникновении радиоактивного теплоносителя первичного контура в незащищенный паровой контур. Индикаторы радиоактивности могут обеспечить невозможность спуска радиоактивной воды во время стоянки в доке или других местах, где это создает опасность для людей.
21 июля 1955 года в США была спущена на воду вторая подводная лодка — «Морской волк» — с атомным двигателем. Водоизмещение лодки — 3260 тонн, длина — около 100 метров и диаметр — 9,15 метра. Реактор подводной лодки работает на промежуточных нейтронах. В качестве горючего используется обогащенный уран. Замедлителем служит графит, теплоносителем — жидкий натрий. США строят еще семь различных подводных лодок с атомным двигателем.
Создание атомных двигателей для транспортных установок — задача более трудная, нежели строительство стационарных энергетических установок. Эти трудности связаны главным образом с весом и размером биологической защиты реактора. Для крупных кораблей эти трудности вполне преодолимы, так как размеры судов довольно велики. Английская фирма «Роллс-Ройс» предложила один из типов атомных двигателей для больших морских судов. Реактор охлаждается жидким натрием. Для превращения ядерной энергии в электрическую используется газовая турбина низкого давления. В качестве рабочего газа используется гелий. Гелий имеет значительные преимущества перед воздухом вследствие очень малого поглощения нейтронов и более высокой теплопроводности. Схема атомного двигателя приведена на рис. 84.
Гелий при температуре 21° C и давлении 15,4 атмосферы поступает в компрессор низкого давления, затем проходит через промежуточный холодильник, откуда попадает в компрессор высокого давления. Сжатый до 42,5 атмосферы при температуре 96° C гелий направляется во вторичный теплообменник, где нагревается до температуры 662° C. Нагретый газ проходит через две последовательно соединенные турбины. Часть энергии он отдает турбине, приводящей в движение компрессоры и турбину низкого давления, соединенную с валом — винтом корабля или генератором электрической энергии. Мощность на валу 11 000 киловатт. После главной турбины гелий отдает свое остаточное тепло теплообменнику включенного в контур жидкого натрия, охлаждающего реактор. В конечном счете остаточная энергия газа после турбины используется во вторичном теплообменнике для нагревания рабочего газа.
За последнее время в ряде стран проводятся исследования, направленные на создание самолета с атомным двигателем. Задачи, возникающие при конструировании самолетов с атомным двигателем, являются, по-видимому, наиболее трудными за всю историю самолетостроения. Основные трудности связаны с отводом тепла от реактора и эффективным использованием его в различных двигателях: турбовинтовых, турбореактивных и ракетных, а также с необходимостью уменьшить вес и габариты биологической защиты. Вместо защиты, общей для реактора и двигателя, американцы, например, предполагают использовать раздельную защиту. США располагают опытным самолетом (В-36), на котором установлен экспериментальный ядерный реактор. Для обеспечения безопасности населения реактор работает только в то время, когда самолет пролетает над специально отведенной (безлюдной) территорией в штате Техас. Взлет и посадка совершаются с остановленным реактором. Приняты меры предосторожности, исключающие возможность взрыва реактора даже в случае аварии самолета. Кроме того, в США проходит стендовые испытания опытный реактор для самолетного двигателя. Тепловыделяющие элементы сделаны из окиси урана, заключенной в контейнеры из нержавеющей стали. Температура этих элементов при работе реактора достигает 1000° C. Замедлителем служит вода, теплоносителем — воздух, подаваемый непосредственно в газовую турбину. Преимуществами такого типа реактора являются: небольшой вес, высокая температура и относительно низкое давление теплоносителя. К недостаткам следует отнести: низкий коэффициент теплоотдачи, радиоактивность воздуха, делающая турбину недоступной для обслуживания, большое количество прокачиваемого воздуха. Исследования показывают, что нет пока полной уверенности в надежной работе реактора. Расходы, связанные с этими работами, в США достигают многих миллионов долларов. Аналогичные исследования проводятся в Англии, Франции и других странах.
