== США в 40-ых – корни водо-водяных реакторов (продолжение https://vk.com/wall2258062_255) ===
Вторая мировая показала, что подводный флот при должном старании может крепко порушить весь морской трафик - Кригсмарине зажигало в Атлантике аки боженька 1. Да и авианосный флот показал себя с лучшей стороны. Основная беда этого морского великолепия была в том, что топливные баки не безграничны. Для большего чада кутежа на чужих морских коммуникациях было бы прекрасно нарастить и дальность, и скорость хода (в том числе в подводном положении). Собственно, немцы в попытке решить проблему ограниченности аккумуляторов додумались до подводного дизеля с парогазотурбинной установкой. И тут вдруг выясняется, что есть источник тепла с невероятно компактным запасом топлива и без потребности в окислителе. Военные сказали «Дайте два!» - и в 1947ом году стартуют работы над прототипом реактора для ВМФ 2. Параллельно с этим в 1946 году ВВС США запускают исследовательский проект NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft) 2. На тот момент человечество уже додумалось и до идеи турбореактивного двигателя, и до стратегической авиации как основного средства доставки Добра и Справедливости на населенный пункты противника. Проект NEPA должен был дать ответ на вопрос, возможно ли заменить сгорающее топливо ядерным нагревом (т.е. совместить турбореактивный двигатель с прямоточным ядерным реактором), и за счет этого существенно повысить скорость и дальность полета стратегической авиации.
Но поговорим сперва про ВМФ. Первая проблема связана с габаритами – графит в качестве замедлителя и уран с низким обогащением хороши в роли большого «философского камня», но не компактного источника тепла приличной мощности. Вторая проблема – технологичность и безопасность. Причем не абы какая безопасность, сферическая-в-вакууме, а требуемая очевидно специфическими условиями подлодки – это и маневренные режимы работы (разная потребность в мощности из-за постоянного изменения скорости хода), и наличие качки, и изолированность установки длительное время (посреди океана неоткуда взять команду проектантов и научных сотрудников для устранения неполадок с реактором), и ограничения по шумности…
ACHTUNG!! Обратим на это самое пристальное внимание – качка, маневренные режимы работы, космический уровень безопасности, нет возможности часто перегружать топливо (в этом и был смысл – максимум автонома длительное время). Вот это вот все направляло логику команды Ок-Риджской национальной лаборатории в начале 50-х, а не цена киловатт*часа. И работать приходилось им в режиме ошпаренного ежика – «Rickover’s ruthless and aggressive schedule was driven by a conviction that whoever developed nuclear engines first would rule the seas.» 1
Результатом их работы стал прототип судового реактора Submarine Thermal Reactor (STR, или S1W reactor), физпуск которого состоялся в 1953 году 1 (рисунок 1). По сути, STR – это толстостенный проточный водонагреватель на обогащенном уране 3 мощность 35 МВт . Почему обогащенном? Компактность, вода в качестве замедлителя и огромный запас хода требовали обогащенное топливо. Уран был размещен в оболочки из циркония – цирконий слабо захватывает нейтроны, что позволяет не увеличивать чрезмерно обогащение топлива (чем меньше нейтронов долетает до других ядер урана из-за захвата, тем больше должна быть вероятность влететь именно в делящееся ядро, а не в U-238). Циркониевые трубки грели поток воды до температуры порядка 270-290 оС 3, который, в свою очередь, кипятил воду во втором контуре для подачи последней на турбину. Казалось бы – зачем такая сложность? Если нам нужен пар для раскрутки турбины, то почему бы его не подавать сразу из реактора? Я не нашел детального разбора логики проектантов STR, но, полагаю, выбор двухконтурной схемы был обусловлен двумя факторами.
1. Безопасность – меньше шансов, что случится утечка радиоактивной воды;
2. Проблемы с расчетами и регулировкой реактора. Напомню, вода здесь была еще и замедлителем. Если плотность замедлителя резко уменьшится, станет меньше тепловых нейтронов, реакция деления замедлится или остановится. Если реакция замедлится, уран будет слабее греть воду, кипение прекратится, замедлителя снова станет больше – реакция ускорится. На колу мочало, начинай расчет сначала. И это при том, что твоя расчетная ПэКа – это специально обученный математик-расчетчик + логарифмическая линейка. И дедлайн не за горами. А ответственность за лишние риски на себя брать не хочется.
...........
1 - https://whatisnuclear.com/reactor_history.html
2 - https://www.osti.gov/servlets/purl/1048124
3 - https://www.globalsecurity.org/military/systems/ship/systems/s1w.htm
