nPOEKTbl 645 M 705: "30fl0TblE PblEKM" CO CBMHUOBbM CEPfiUEM
ф
ЯДЕРНОЕ НАСЛЕДИЕ РОССИИ
Предлагаемая статья посвящена немногочисленной и экзотической группе атомных субмарин, в реакторах которых в качестве теплоносителя использовали не воду, а сплав свинца с висмутом (жидкометаллический теплоноситель)*
Ф
Владислав ЛАРИН
Ф
Ф
Достоинства и недостатки ЖМТ
Проект водо-водяного реактора (ВВР) был не единственным из обсуждавшихся вариантов ядерной энергетической установки (ЯЭУ) для советских АПЛ. Если от уран-графитового реактора для атомных субмарин отказались почти сразу, то реактор с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ) представлялся создателями АПЛ довольно перспективным, и они надеялись на широкое его применение в транспортном реакторост-роении.
Применение ЖМТ для ЯЭУ сулило более высокий КПД за счет более высокой температуры производимого пара. При этом давление в первом контуре реактора было значительно ниже, чем у водо-водяных реакторов. Если ВВР для полноценного отвода тепла от активной зоны требовали давления воды в 200 атм, то в реакторе с жидкометаллическим теплоносителем было достаточно 12. Столь значительное снижение давления в системе первого контура могло существенно повысить надежность паропро-изводящей установки (ППУ).
* Работа под подготовке публикации стала возможна благодаря поддержке со стороны Московского Экопрессцентра и Фонда Макартуров.
© Владислав Ларин
Американцы тоже вели поиск оптимального решения ЯЭУ для своих АПЛ и пробовали разные варианты. У них также отрабатывалась конструкция реактора с ЖМТ, где в качестве теплоносителя применялся натрий. Из школьного курса известно, что химическая реакция между натрием и водой имеет взрывной характер. Ясно, что когда атомная подводная лодка, имеющая натриевый теплоноситель, со всех сторон окружена водой, вероятность нештатных ситуаций слишком велика. Создав первый образец АПЛ с ЖМТ, американские инженеры остановили работы в этом направлении.
Этой АПЛ был второй американский подводный атомоход "ЭеауоН". Он вошел в состав военно-морских сил США в 1957 г. Достаточно скоро это направление транспортного реакторостроения в США было признано неперспективным, и реактор с ЖМТ на этой АПЛ был заменен стандартным водо-водяным. Тем самым практичные американцы показали, что, имея немало средств на развитие атомного подводного флота, они не собираются тратить их на сомнительные эксперименты.
Работы по созданию первой советской АПЛ с ЖМТ перешли в активную фазу в 1955 г., после выхода партийно-
27
Ф
Ф
правительственного постановления о создании опытной атомной торпедной лодки проекта 645. Она имела двухреак-торную паропроизводящую установку (ППУ) с реакторами на промежуточных нейтронах ВТ-1 (каждый мощностью 74 МВт), имевшую в качестве теплоносителя сплав свинца с висмутом, а в качестве замедлителя нейтронов - бериллий. Обогащение урана-235 в загружаемом топливе было доведено до 90%. Температура теплоносителя на выходе из реактора составляла 440°С, а температура пара достигала 355°С (табл. 1).
Для отработки особенностей компоновки реактора с ЖМТ в Обнинске был создан стенд-прототип 27/ВТ. Его создание началось в 1953 г., эксплуатация сопровождалась многочисленными аварийными ситуациями (течи парогенератора, закупоривание трубопроводов
Таблица 1
Основные технические характеристики АПЛ проекта 645
Проект 645
Производственный шифр "Кит"
Название
по классификации НАТО "November"
Длина, м 109.8
Ширина, м 8.3
Средняя осадка, м 5.9
Водоизмещение нормальное/полное, т 3420/4380
Запас плавучести, % 28
Максимальная скорость
подводного хода, узлы/км/ч 30.2/55
Надводная скорость, узлы/км/ч 14.7/28
Максимальная глубина
погружения, м 300
Автономность, сут 50
Характеристики ЯЭУ и ППУ 2 реактора ВТ-1 мощностью 74 МВт каждый
Экипаж, чел 105
28
окислами сплава висмут-свинец и т.д.). До 1975 г. на нем отрабатывались способы очистки сплава и трубопроводов от окислов. По причине неудач, связанных с этим процессом, в 1975 г. в ходе второй "кампании" стенд был выведен из эксплуатации.
АПЛ проекта 645 была заложена 15 июня 1958 г. в Северодвинске, а спуск на воду состоялся 1 апреля 1963 г. В состав ВМФ первая АПЛ этого проекта с тактическим номером Я-27 вошла 30 октября 1963 г. Предполагалось, что АПЛ проекта 645 будет отличаться от серийных лодок проекта 627 только энергетической установкой, что позволит с наибольшей объективностью сравнивать характеристики разных типов ЯЭУ. Однако полностью осуществить этот замысел не удалось - в проект вносились изменения, которых требовал опыт эксплуатации первой АПЛ.
Кстати, здесь следует обратить внимание на различия в датах, приводимых в разных литературных источниках. Так, в одном издании датой принятия этой АПЛ в эксплуатацию называется май
1964 г., а в другом упоминается совершенный АПЛ К-27 в 1963 г. длительный поход продолжительностью 6о суток. В третьем говорится о первом походе в начале 1965 г. и передаче АПЛ флоту в мае
1965 г. Эти достаточно часто встречаемые различия можно объяснить как ошибками авторов, так и особенностями терминологии (принята в эксплуатацию, включена в состав ВМФ и т.д.).
Довольно быстро в корпусе этого корабля стали появляться многочисленные трещины. Оказалось, что примененная маломагнитная сталь обладает низкой коррозийной прочностью. В ходе эксплуатации выявились и другие важные просчеты, но больше всего проблем доставляла ЯЭУ с ЖМТ.
Дело в том, что наряду с очевидными достоинствами этот тип ядерной энергетической установки имел и существенные недостатки. Главный из них заклю-
Ф
Ф
Ф
Ф
чался в том, что свинцово-висмутовыи сплав насыщался окислами, которые оседали на стенках топливных каналов и трубопроводов, образуя своеобразные тромбы. Циркуляция теплоносителя в каналах реактора нарушалась, происходил перегрев активной зоны, что приводило к радиационным авариям.
Проведение ремонтных работ в первом контуре реактора было делом затруднительным по причине загрязнения всего оборудования высокорадиоактивным и краИне токсичным химическим элементом полониИ-210, которыИ образовывался при неИтронном облучении висмута.
ДругоИ серьезный недостаток - постоянная угроза застывания сплава при понижении его температуры до +125°С, что требовало постоянно поддерживать мощность реактора на уровне не менее 2% (это снижало его ресурс). Также было необходимо надежное береговое обеспечение, поскольку регенерация теплоносителя (очистка от окислов) представляет собоИ сложную технологическую операцию. Кроме того, сплав свинца и висмута (которого в первом контуре было несколько тонн) нужно было где-то готовить, потом где-то хранить отрабо-танныИ радиоактивныИ теплоноситель и т.д.
Трудная служба К-27
Спор о том, сохранять ли в программе атомного подводного кораблестроения АПЛ с ЖМТ принял особо острыИ характер после того, как первая АПЛ К-27 в 1963 г. совершила длительныИ поход продолжительностью 60 суток. На одноИ чаше весов была высокая стоимость строительства и содержания, сложность и опасность эксплуатации, а на другоИ -ряд преимуществ ЯЭУ. Точку в этом споре поставила очередная тяжелая авария.
СерьезнеИшая авария с АПЛ К-27 случилась 24 мая 1968 г. Несмотря на предупреждения моряков-подводников, обслуживавших реактор, о неготовности
АПЛ к эксплуатации руководство флота настояло на выводе ее в море для проверки работоспособности яЭу и выполнения учебно-боевого задания. Во время боевого патрулирования в открытом океане в результате закупорки трубопроводов теплоотводящеИ системы произошел перегрев реактора, в результате чего температура в нем превысила 1000°С.
Случилось сильное радиоактивное загрязнение всего охладительного контура. Обе ППУ АПЛ были выведены из строя. Уровень радиационного излучения в реакторном и центральном отсеках превысил 2000 Р.
Все 124 члена экипажа получили серьезное переоблучение. У двадцати моряков доза облучения составила от 600 до 1000 бэр. Из них девять человек вскоре умерли, остальные стали инвалидами. Как и в других подобных случаях, никто из пострадавших подводников не получил документов, подтверждающих радиационныИ характер их заболеваниИ. Так что "чернобыльские" льготы им не положены.
ДальнеИшая судьба АПЛ К-27 столь же печальна, как и судьба ее экипажа. После описанноИ аварии она была поставлена в резерв у пирса в Северодвинске.
Поскольку будущее АПЛ было неясно, требовалось обеспечить ее "живучесть". Для этого к неИ пришвартовали специальным корабль берегового обеспечения, которыИ в течение тринадцати лет подавал на реактор АПЛ пар от своих котлов, подогревая его теплоноситель. В январе-феврале 1973 г. на этоИ АПЛ был проведен эксперимент по запуску реактора, в котором прежде затвердел висмут-свинцовыИ теплоноситель. В ходе эксперимента удалось вывести реактор на мощность 20% от номинальноИ.
Судя по всему, этот опыт имел чисто технологическиИ интерес для экспериментаторов-атомщиков. Во всяком случае, простояв еще 8 лет в отстое, под-
Ф
Ф
Ф
Фото 1.
К-27 - первая советская АПЛ с жидкометаллическим теплоносителем.
водный корабль был "разукомплектован" и готов к утилизации. К 1981 г. с К-27 было снято все, что удалось снять, реакторный отсек заполнили твердеющей смесью, и первая советская АПЛ с жидкометаллическим теплоносителем была отбуксирована в Карское море - к берегам Новой Земли.
Акватория прибрежных вод Новой Земли к тому времени была превращена в свалку радиоактивного железа и ОЯТ. Там уже было затоплено несколько реакторных отсеков атомоходов военного и гражданского назначения, множество контейнеров с радиоактивными отходами и ОЯТ. Попытка затопить там АПЛ К-27 сперва оказалась неудачной. Таким образом лишний раз было показано, сколь трудно утопить подводную лодку
30
и сколь безграмотно нужно действовать, чтобы это все-таки удалось в условиях штатной эксплуатации.
Полузатопленная субмарина встала "на попа", превратившись в гигантский поплавок. Оказалось, что корабль длиной 109 м пытались затопить на мелководье, где глубина едва достигала 33 м (вместо рекомендованных МАГАТЭ 4000 м).
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.