Морская ядерная силовая установка
Американские атомные подводные лодки Skate (SSN 578) и Seadragon (SSN 584) во время исторической встречи на Северном полюсе, 22 августа 1962 года. Ядерная силовая установка позволила подводным лодкам достичь ранее недоступных районов земного шара. Фото НАРА
Это очень хромой и неэффективный способ получения энергии, и любой, кто ищет источник энергии для преобразования атомов, — тарабарщина. Такое категоричное заявление сделал в 1933 году сэр Эрнест Резерфорд, первооткрыватель атомного ядра. В данном случае великий ученый был очень не прав. Бурное развитие науки и техники в последующие десятилетия не только доказало, что этот метод может быть достаточно эффективным, но и поставило ядерную энергию на задачи, которые невозможно решить без ее использования. Одним из них оказался новый тип корабельного движителя.
В том же году, когда Резерфорд (1871-1937) категорически заявил, что эти знания не найдут практического применения, венгерский физик Лео Силард (1898-1964) предложил смелую концепцию самоподдерживающейся цепной ядерной реакции, т. индуцированная цепная реакция, продуктом которой будет м .в. следующие нейтроны, которые можно использовать для инициирования следующих поколений той же самой реакции. Он еще не знал, на что это может быть похоже, или какие материалы могут быть предметом этого. Реакция была вскоре найдена — в декабре 1938 года ее открыли немецкие химики Отто Ган (1879—1968) и Фриц Штрассманн (1902—1980). Пытаясь получить искусственный радиоизотоп путем бомбардировки образцов урана нейтронами, они вместо этого вызвали деление урана. В следующем году Сцилард и итальянский физик Энрико Ферми (1901–1954) определили, что при делении ядер урана также образуются свободные нейтроны, что предполагает возможность запуска самоподдерживающейся цепной реакции. Окончательное доказательство пришло в декабре 1942 года, когда в Чикаго был введен в эксплуатацию первый в мире ядерный реактор CP-1, построенный Ферми и Силардом.
Атомные подводные лодки
Идея использования ядерной энергии для приведения в движение подводной лодки возникла еще до того, как был построен первый реактор. Еще в 1939 году доктор Росс Ганн (1897-1966), физик, работавший в исследовательской лаборатории ВМС США, высказал предположение о такой возможности. Он указал
что такой источник энергии не основан на окислении органического вещества и поэтому не требует (…) кислорода (…). Это огромное преимущество с военной точки зрения, которое значительно увеличило бы дальность действия и военную эффективность подводной лодки. Однако путь к такому драйву был еще долог. Было быстро показано, что самоподдерживающейся цепной реакции подвержен только изотоп U-235, составляющий всего 0,72% природного урана, остальное — более тяжелый изотоп U-238. Хотя можно построить урановый реактор с естественными изотопными пропорциями, такой реактор был бы слишком большим, чтобы его можно было втиснуть в корабль, особенно в подводную лодку – как выразился один физик по этому вопросу, стало совершенно очевидно, что природный уран с реактором он будет большой как амбар. Поэтому оказалось необходимым приготовить топливо с более высоким содержанием U-235 в общей массе урана – то есть обогащенное. С 1940 г. ВМС США стали выделять все больше ресурсов на исследования по этому вопросу, а в 1944 г. даже построили собственный промышленный завод по обогащению урана, но в то же время в США было принято политическое решение о том, что все исследования в область атомной науки будет сосредоточена в рамках Манхэттенского проекта армии США.
Стоит отметить, что японцы также рано увидели потенциал ядерной энергетики. Весной 1942 года Императорский флот решил спонсировать исследования в области ядерной физики для разработки как оружия, так и двигательных установок, но специальный научный комитет быстро пришел к выводу, что вопрос недостижим — процесс обогащения урана потребует большого количества сырья. и энергии, которую страна просто не могла себе позволить. В 1943 году работы были прекращены.
После войны опытно-конструкторские работы, проводимые ВМС США, были сосредоточены на создании самой ядерной силовой установки, хотя поначалу они шли медленно. Первым более конкретным предложением был меморандум Военно-морской исследовательской лаборатории (NRL) от марта 1946 года, в котором предлагалось использовать нереализованную конструкцию подводной лодки Type XXVI и преобразовать ее в атомный корабль. Интересно, что компактный реактор должен был монтироваться вне жесткого корпуса блока. Однако этот проект не был реализован. После окончания войны энтузиазм к новым исследованиям поутих, и в итоге проект по созданию атомной энергетической установки окончательно стартовал только в 1949 году. Было решено разработать два решения – водо-водяной реактор по концепции разработанный в Аргоннской национальной лаборатории (недалеко от Чикаго) и технический проект Westinghouse и реактор с жидкометаллическим теплоносителем, спроектированный и построенный General Electric. В обоих случаях должны были быть построены сначала сухопутные прототипы (Mk I и Mk A), а затем реакторы для кораблей-прототипов (Mk II и Mk B). Сухопутный прототип Mk I был спущен на воду 30 марта 1953 года, а первая атомная подводная лодка «Наутилус» вышла в море 17 января 1955 года, открыв новую эру в истории мировых военно-морских сил. Решение Вестингауза оказалось весьма удачным — почти все атомоходы и корабли, построенные на сегодняшний день (как и большинство атомных электростанций), используют водо-водяные реакторы. Между тем, конструкция General Electric — реактор с натриевым охлаждением — дала осечку. Приведенный в действие таким устройством, Seawolf поступил на вооружение 30 марта 1957 года, но в 1960 году реактор был заменен реактором, аналогичным реактору Nautilus.
