Майкл ДиМеркурио - Подводные лодки

Вы уже знакомы с усталостью материала. Помните, как вы ставите мамину кофейную чашку в морозильную камеру, а потом наливаете в нее горячий кофе? Чашка разлетается на куски, не правда ли? Керамический материал, из которого сделана чашка, пытался расшириться изнутри, но снаружи он был по-прежнему замороженным и нерасширившимся. Внутренние трещины заставили чашку разлететься на куски. Реактор тоже может поступить таким образом, вот почему его разогревают очень медленно. После длительного нахождения в приостановленном состоянии, например, в доках, старт реактора может занять несколько часов при очень малом темпе разогрева.

Вещество, отравляющее продукты распада, это ядра, образующиеся в результате распада атомов урана и поглощающие нейтроны. Ксенон является одним из них. Образование ксенона крайне нежелательно, потому что он создает вакуум вокруг нейтронов, дающих реактору мощность. Иногда разработчики специально вводят эти вещества в активную зону реактора. Они временно поглощают нейтроны, понижая температуру внутри активной зоны реактора. По мере «старения» реактора горючие « яды» разлагаются, допуская большее число реакций. Но это ничего, потому что атомы урана тоже не бесконечны.

Неполадки в топливных элементах являются серьёзной, но не очень сложной в устранении проблемой. В этом случае происходит утечка продуктов распада (атомы, которые легче, чем исходные атомы урана, и обладают высокой степенью радиоактивности) из топливных пластин в охлаждающую жидкость. Охладитель и система трубопроводов становятся более радиоактивными. В результате может потребоваться дорогостоящий ремонт. Каждый день берутся пробы охлаждающей жидкости на уровень радиоактивности и состав продуктов распада, чтобы убедиться в отсутствии неполадок в топливных элементах.

Контрольная тяга — это брусок (в ВМС США контрольные тяги в разрезе имеют крестообразную форму), который вводят в активную зону реактора при определенном уровне радиоактивности. Тяга изготовлена из материала, который представляет собой «чёрную дыру» для нейтронов и который останавливает ядерную реакцию, забирая нейтроны, участвующие в реакциях. В ВМС других стран тяги сделаны из бария. В Америке они изготовлены из лучшего материала — гафния. Оказывается, адмирал Риковер предвидел большой потенциал этого материала и обратил на него внимание рынка.

Контрольные тяги должны быть вынуты из активной зоны реактора сверху (а введены туда снизу или сбоку). Реакторы обычно используют силы тяготения, чтобы помочь тягам «упасть» внутрь активной зоны во время безопасного путешествия или приостановки реактора. Реактор, приостанавливаемый путем введения контрольных тяг снизу при помощи мотора, не может «отказать» и при этом остаться безопасным, потому что тяга просто останется снаружи. Реакторы ВМС США обладают механизмами, которые отказывают и остаются безопасными: для приостановки реактора мотор нарочно теряет мощность и ослабляет электромагниты, которые находятся сверху механизма, держащего тяги. При этом пружины открывают затворы механизма, и тяги — под действием силы тяжести и при помощи пружин — попадают внутрь активной зоны реактора, приостанавливая его.

Эти пружины называются «пружинами приостановки работы реактора», Они обладают очень высокой прочностью и большой длиной (не забудьте, что раньше около реактора находился специальный человек, который приостанавливал реактор, обрубая веревки, на которых держались контрольные тяги).

В школе подготовки моряков-атомщиков, если студент засыпает во время занятий, то инструктор бросает пружину приостановки работы реактора на его парту. Она производит столько шума, что студент одновременно пугается и смущается. После этого он раз и навсегда запоминает, что спать во время занятий нельзя. Это сложнее, чем может показаться на первый взгляд, потому что студенты заступают на вахту длиной 12 часов и они всегда очень усталые.

Сколько миль может проработать реактор? Некоторые реакторы являются одноразовыми и могут служить до 70 лет. Топливо в реакторе не закончится, пока судно не утилизируют. Но большинство реакторов на подлодках ВМС США нужно «заправлять» топливом каждые 8–10 лет. Жизнь реактора измеряется в часах эффективной работы на полную мощность. Когда реактор только изготовлен, он находится в начале своей «карьеры». После того, как он проработал 10–15 лет в напряженном режиме, он считается «пожилым».

Например, реактор рассчитан на 12 000 часов эффективной работы на полную мощность, это означает, что он может проработать на 100 % мощности в течение 12 000 часов или на 50 % мощности в течение 24 000 часов или на 25 % мощности в течение 48 000 часов. Уровень мощности реактора замеряется каждые 10 минут, в том числе для того, чтобы рассчитать оставшийся рабочий ресурс. Для сведения, во время 50-дневного патрулирования вы можете израсходовать лишь 300 часов. Атомная подлодка редко расходует более 500–700 часов в год.

В приведённом выше примере реактор проработает 17 лет. Потребление такое низкое, потому что обычно во время патрулирования подлодки используют реактор на 25 %, когда они просто курсируют по морю, наблюдая за обстановкой в районе и «слушая» подлодки противника. Единственный случай, когда реактор используется на 50 % мощности, это когда подлодка быстро выходит из порта, чтобы передислоцироваться в другой район, обещающий более крупную «добычу».

Такие реакторы могут доставлять проблемы в тактической ситуации. Представьте себе, что двигатель автомобиля скорой помощи отказал в экстренной ситуации. Таким же образом «пожилой» реактор может не запуститься из-за наличия ксенона.

Его образование не предвещает ничего хорошего, потому что он единственный из всех продуктов распада урана поглощает нейтроны, которые нужны для того, чтобы реакция продолжалась. Кроме всего прочего, это ещё и газ. Когда уран распадается и образуется ксенон, природа этого газа заставляет топливные элементы образовывать наросты. Иногда они могут создавать помехи движению воды и становиться причиной локального расплавления топлива или отказа топливного элемента, что повышает уровень радиоактивности на борту подлодки.