Поддонные полости — неиспользуемое пространство под килем судна, где собирается вода, вытекшая из водной системы. Это пространство очищается от воды сливной системой и откачивающим насосом. Если этот насос даёт сбой, то через некоторое время (недели или месяцы) судно будет полностью затоплено водой, просочившейся из трубопроводов. Насос, используемый для распределения воды между ёмкостями переменного балласта, заменяет откачивающий насос в случае его отказа.
Природная циркуляция
В её основе лежит принцип; теплая вода поднимается, а холодная вода опускается. Поэтому вода течет вверх через активную зону реактора благодаря плавучести горячей воды, проходит сквозь паровые котлы и заканчивает свой путь в нижней части активной зоны реактора, имея низкую температуру.
Для того чтобы заставить воду течь вниз через паровые котлы (вам нужно положить их на бок) и затем через насосы, потребуется сложная инженерная конструкция. Но благодаря природной циркуляции при низкой мощности, менее 35 %, вам вообще не нужны насосы основной охлаждающей системы. Вспомните о снижении шума, производимого вашим судном! Это одна из причин, почему подлодки классов «Огайо» и «Сивулф» остаются такими тихими.
Экстренное охлаждение
Система экстренного охлаждения использует тот же принцип. Если активную зону не удается охладить при помощи охлаждающей жидкости во время приостановки работы реактора, то используют экстренную систему охлаждения. Она забирает тепло от распада (около 8 % полной мощности), которое иначе расплавит топливо.
Вот как она работает; к одному из выпускных отверстий системы охлаждения реактора присоединён трубопровод, который идёт к ёмкости теплообменника на такой же высоте, как и активная зона реактора. Трубопровод соединён с несколькими трубами внутри теплообменника. Внутри ёмкости находится морская вода. Теплообменник обладает большой прочностью, чтобы выдержать давление воды. Холодная морская вода забирает тепло горячей охлаждающей жидкости в трубах теплообменника. Поэтому вода в нижней части труб намного холоднее, чем охлаждающая жидкость, входящая в трубы. Охлажденная основная жидкость опускается вниз и втекает в активную зону реактора через входное отверстие корпуса реактора. Охлаждающая жидкость охлаждает активную зону реактора, сама нагревается и поэтому поднимается вверх и вытекает из теплообменника, отдавая тепло, забранное от реактора, морской воде и в окружающую среду.
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?
Опасность безопасности
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.
Петли охлаждения
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.
