Подводные лодки

Подобным же образом устроен теплообменник экстренной системы охлаждения: горячая вода из ёмкости поднимается вверх и вытекает из теплообменника через клапан в его корпусе. Морская вода в ёмкость поступает через клапан в дне теплообменника. Горячая вода поднимается и создает всасывающий эффект, и холодная вода поступает внутрь через клапан.

На первый взгляд всё кажется очень простым и удобным, но это устройство может представлять смертельную опасность. Если вода, поступающая в активную зону реактора из системы экстренного охлаждения, будет иметь очень низкую температуру, то она может стать причиной не только разрушения реактора, но и неконтролируемой ядерной реакции (см. Главу 6). Поэтому руководство ВМС настаивало на установке в системе изоляционных клапанов, чтобы активировать её только при необходимости. Кроме того, ёмкость экстренной системы является и частью системы подачи морской воды — что если произойдет затопление на тестовой глубине в недоступном реакторном отсеке? Безопаснее будет закрыть клапаны системы подачи морской воды, когда судно находится под водой, чтобы предотвратить возможность затопления от треснувшего теплообменника экстренной системы охлаждения.

А что если судно находится в порту и произойдет отказ систем, так что не будут работать насосы системы охлаждения, а команда по какой-либо причине будет бездействовать (отравление пищей, террористический акт и так далее)? Активная зона реактора перегреется из-за недостатка охлаждения, повредит реактор и станет причиной ядерного взрыва. Отсюда следует вывод, что самым безопасным решением проблемы будет разработка такой экстренной системы охлаждения, которая включалась бы автоматически при отказе основной системы охлаждения, когда реактор приостановлен.

Каков же ответ? Сделать систему автоматической и допустить возможность ядерной аварии или закрыть все клапаны и допустить возможность ядерной аварии другого типа?

Это само по себе проблема — безопасная система, которая может стать причиной крупной аварии. Лекарство может быть гораздо страшнее самого заболевания. Это реальность в деле атомной энергии. В конце концов во время аварии на Трёхмильном острове операторы отключили автоматические системы, которые работали в нормальном режиме спасения активной зоны реактора, и они сделали это в интересах безопасности!

И не забудьте, что самая страшная атомная авария всех времен — Чернобыль — стала результатом теста на безопасность! Инженер по безопасности настоял на том, чтобы протестировать основные охлаждающие насосы на случай потери электрического питания. Конструкция АЭС была основана на том, что турбинным генераторам хватит энергии, даже при её отключении, чтобы питать основные охлаждающие насосы, а значит, и снижать активную зону реактора достаточным количеством охлаждающей жидкости. Но эта система никогда не тестировалась, потому что это считалось слишком опасным.

Однако инженер оказался более убедительным, утверждая, что конструкции, которая никогда не проверялась, нельзя доверять. Был составлен протокол теста на безопасность. В 4 часа утра питание электростанции было умышленно отключено.

Это было роковой ошибкой. Насосы системы охлаждения не получили необходимое им количество энергии, и активная зона реактора — на полной мощности — оказалась отрезана от потока охлаждающей жидкости. Результатом оказался взрыв пара, который разорвал реактор на части. Начался пожар, в котором погибли десятки, а может быть, и сотни спасателей, а радиоактивные частицы разнеслись по всей Европе. Эта авария стала причиной многих тысяч раковых заболеваний и эвакуации целого города, который был заражен радиацией (говорят, что сам инженер по безопасности погиб во время аварии).

Но давайте вернёмся к устройству экстренной системы охлаждения. Командование ВМС пошло на компромисс. Когда судно находится в пределах 50-мильной зоны от берега, экстренная система охлаждения работает в режиме «нахождения в порту», при этом она может быть автоматически запущена. Автоматический клапан открывается, когда поток воды от основных охлаждающих насосов становится недостаточным, а также происходит открытие основных клапанов подачи воды экстренной системы охлаждения. Ёмкость для морской воды и аварийные клапаны открыты, чтобы активная зона реактора была защищена потоком холодной воды. Когда подлодка находится от берега на расстоянии, превышающем 50 миль, экстренная система охлаждения работает в режиме «нахождения в море», клапаны подачи морской воды закрыты, ёмкость экстренной системы охлаждения проветривается и автоматические клапаны экстренной системы охлаждения изолированы и деактивированы.

Горячая вода вытекает из реактора под действием силы основных охлаждающих насосов и попадает в паровые генераторы. Они представляют собой вертикальные ёмкости, разделенные на две части. Вода из первичной системы охлаждения попадает через впускное отверстие в пленум и затем через пластину коллектора во все 1800 трубочек U-образной формы парового котла. Эти трубочки являют собой перевёрнутую букву U, и вода сначала течёт по ним вверх, а потом вниз. Затем основная охлаждающая жидкость вытекает из трубочек обратно через пластину коллектора, потом в пленум на дне реактора, через выпускное отверстие и попадает в основные охлаждающие насосы. Снаружи трубочек в верхних 4/5 реактора охлаждающая жидкость из вторичной системы охлаждения впускается в другую часть парового котла. Горячие трубочки U-образной формы нагревают воду до кипящего состояния и превращают её в пар.

Трубопровод системы охлаждения реактора состоит из двух петель, двух кругов, по которым вода проходит путь от реактора до паровых котлов и обратно. Но инженеры-атомщики называют его реактором, использующим воду под давлением, система охлаждения которого состоит из двух петель. Основная охлаждающая жидкость реактора никогда не контактирует с атмосферой. Она циркулирует, нагревается и нагревает воду во вторичной петле, пока она не превратится в пар. Поэтому паровая петля нерадиоактивна, что ведет к повышенной безопасности.

Но в реакторе, который использует кипящую воду, дело обстоит иначе: вода кипит в активной зоне реактора, и получающийся в результате этого пар поступает к турбинам. Это гораздо более сложная в обращении система, потому что паровая часть реактора имеет такую же степень радиоактивности, как и сам реактор. Кроме этого, паровая турбина требует проведения очистных процедур. ВМФ выбрал реакторы, использующие воду под давлением, а не паровые реакторы, потому что первые гораздо более стабильны в работе.

Под стабильностью здесь понимается тот факт, что изменения в реакторе не ведут к его разрушению или неконтролируемой ядерной реакции. Например, обычный реактор, использующий воду под давлением, работает на 30 % мощности. Теперь попробуйте открыть дроссели и довести мощность до 50 %, забрав больше пара из паровых котлов. Когда вы проделываете это, паровые котлы забирают тепловую энергию из основной охлаждающей жидкости, поэтому жидкость, покидающая котлы, имеет более низкую температуру. Эта вода пониженной температуры попадает в реактор. Она имеет более высокую плотность, чем предыдущая порция жидкости, поэтому основная охлаждающая жидкость является ещё и модератором, то есть эта вода замедляет нейтроны, чтобы они могли участвовать в реакциях, и сводит к минимуму утечку нейтронов, вследствие этого меньшее количество нейтронов вырывается из активной зоны реактора, повышая мощность реактора.

Эффективное замедление нейтронов тоже повышает мощность реактора. При запуске дроссели открываются, повышая мощность активной зоны реактора. Другими словами, мощность реактора последовала за необходимостью подачи пара, и, следовательно, активная зона реактора остаётся стабильной.