Судовой ядерной энергетической установкой – ЯЭУ называется комплекс оборудования и технических средств, обеспечивающий движение и обитаемость судна, а также выполнение всех технологических операций, обусловленных назначением судна, на основе использования и преобразования ядерной энергии.
Принципиальные отличия ЯЭУ от СЭУ, работающих на традиционном органическом топливе, связаны в основном с особенностями получения и преобразования ядерной энергии:
- очень высокой энергоемкостью ядерного топлива;
- возникновением мощных полей ионизирующих излучений при работе ядерной энергетической установки;
- накоплением значительных количеств радиоактивных отходов.
Высокая энергоемкость ядерного топлива обеспечивает все основные преимущества судовых ЯЭУ: возможность создания судовых энергетических установок неограниченно большой мощности, неограниченной автономности, меньшей (с учетом запасов топлива) массы, чем у установок, работающих на различных видах органического топлива. Однако возникновение мощных полей ионизирующих излучений и накопление в процессе эксплуатации ЯЭУ значительных количеств радиоактивных отходов создают определенные проблемы обеспечения радиационной безопасности обслуживающего персонала и исключения радиоактивного загрязнения окружающей среды.
Состав и компоновочная схема судовой ядерной энергетической установки зависит от типа генерирующей части, в состав которой может входить ядерная паропроизводящая установка или газоохлаждаемый реактор, и исполнительной части, в качестве которой могут использоваться паровая или газовая турбины, а также от целей и задач, выполняемых судном.
Судовая ЯЭУ характеризуются некоторыми особенностями, отличающими их как от стационарных наземных ЯЭУ, так и от судовых энергетических установок, работающих на традиционном органическом топливе. К таким специфическим особенностям можно отнести:
- Особые условия эксплуатации судна (крены, дифференты, волнение моря, сотрясения и вибрации корпуса), которые приводят к невозможности применения многих конструктивных решений, используемых в наземных ЯЭУ;
- Затесненность энергопомещений судна и жесткие требования к массогабаритным показателям судовой ЯЭУ, приводящие к необходимости использования высокообогащенных ядерных топлив, ограничивающие выбор конструкционных материалов и усложняющие конструкцию биологической защиты;
- Значительная автономность судна и оторванность от мест базирования и обеспечения ремонта, предъявляющие жесткие требования к надежности всех элементов судовой ЯЭУ и высокой квалификации обслуживающего персонала;
- Необходимость использования различных ходовых режимов в диапазонах от малых до полных ходов, а также осуществления реверса, предъявляющая высокие требования к маневренности ЯЭУ;
- Возможности возникновения аварийных ситуаций с судном (навигационные аварии, боевые повреждения кораблей, возможные затопления судна), приводящие к необходимости использования дополнительных средств и устройств локализации возможных радиоактивных загрязнений окружающей среды.
Судовые ЯЭУ можно классифицировать по следующим признакам:
1) по спектру нейтронов реакции деления:
- ЯЭУ с реакторами на тепловых нейтронах;
- ЯЭУ с реакторами на промежуточных нейтронах;
- ЯЭУ с реакторами на быстрых нейтронах;
2) по типу активной зоны:
- ЯР с гомогенной активной зоной, в которой ядерное топливо и замедлитель находятся в однородной смеси;
- ЯР с гетерогенной активной зоной, в которой ядерное топливо и замедлитель отделены друг от друга;
3) по типу теплоносителя:
- ЯЭУ с водяным теплоносителем: в качестве теплоносителя используется вода высокой чистоты или тяжелая вода. Реакторы, использующие в качестве теплоносителя воду, в свою очередь делятся на водо-водяные реакторы, работающие под давлением (ВВРД), на выходе из активных зон которых вода имеет недогрев до температуры кипения при данном давлении; и кипящие реакторы – в активных зонах которых происходит процесс кипения воды;
- ЯЭУ с жидкометаллическим теплоносителем: в качестве теплоносителя используются металлы, имеющие низкую температуру плавления (калий, натрий, свинец, висмут, ртуть и другие, или их сплавы);
- ЯЭУ с газовым теплоносителем: в качестве теплоносителя используются инертные (азот, гелий) или другие газы (углекислый газ, воздух, водород, метан). Реакторы с газовыми теплоносителями называют газоохлаждаемыми. Они в свою очередь делятся на: низкотемпературные газоохлаждаемые реакторы (НТГР), используемые совместно с ПТУ (паротурбинная установка), и высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы (ВТГР) ядерных ГТУ (газотурбинная установка);
- ЯЭУ с органическим теплоносителем, у которых в качестве теплоносителя используются индивидуальные полифенилы (производные бензола, включающие два или более ароматических кольца – C6H5) и их смеси;
4) по числу контуров теплообмена (рис. 26):
- одноконтурные ЯЭУ, в которых теплоноситель, используемый в реакторе, одновременно является рабочим телом в паротурбинной установке (ЯЭУ с кипящими реакторами) или в газотурбинной установке (одноконтурные ЯГТУ);
- двухконтурные ЯЭУ, в которых теплоноситель, циркулируя по замкнутому контуру, передает тепло среде второго контура в теплообменнике: парогенераторе – в паротурбинных установках, или газовом теплообменнике – в ГТУ;
- трехконтурные ЯЭУ, имеющие в своем составе промежуточный контур, передающий тепло от контура с теплоносителем контуру с рабочим телом;
5) по типу главного двигателя:
- паротурбинные ЯЭУ, в которых в качестве главного двигателя используется паровая турбина. При этом генерирующей частью установки является ядерная паропроизводящая установка;
- газотурбинные ЯЭУ, в которых в качестве главного двигателя используется газовая турбина. При этом в генерирующей части установки обычно используется газоохлаждаемый реактор.
Литература
Судовые энергетические установки. Комбинированные и ядерные установки. Болдырев О.Н. [2007]
