Нейтронное излучение можно оградить чем-то, содержащим водород Н2, потому что он представляет собой протон с вращающимся вокруг него электроном. Протон имеет такую же массу, как и нейтрон, а по законам физики объект замедляется лучше всего при столкновении с другим объектом такой же массы. Если вы хотите замедлить бильярдный шар, то попробуйте сначала ударить им о борт стола. Это столкновение с объектом большой массы нисколько не снижает скорость шара. Но когда вы ударяете шаром по скоплению таких же шаров, после нескольких столкновений он остановится, потому что шары поглощают кинетическую энергию шара.
Так же дело обстоит и с нейтронным излучением. Вам нужно использовать несколько протонов, а водород как раз содержит необходимое количество протонов. Это может быть вода или гидрокарбон, например, парафин, бензин или масло.
Наиболее практичные экраны на подлодках содержат воду (экран вокруг активной зоны реактора содержит воду для поглощения нейтронов и снижения уровня нейтронной радиации) и полиэтилен, вид пластика, который имеет форму блоков. Тоннель реакторного отсека экранирован слоем свинца толщиной 18 сантиметров и слоем полиэтилена толщиной 36 сантиметров.
В передней части реакторного отсека находится ёмкость с маслом для дизельной силовой установки. Ёмкость служит одновременно хранилищем масла и экраном. Ёмкость самовосполняющаяся: когда масло используется, то дно ёмкости заполняется морской водой, так что масло плавает сверху. При этом недостатка экранирования не произойдет, и команда не получит дозу радиации.
Основная опасность радиоактивности состоит в действии нейтронов, потому что они, подобно субатомным пулям, жестоко рвут ткани. Вы можете выжить после большой дозы гамма-излучения и даже рассказать об этом, но небольшой дозы нейтронного излучения будет достаточно, чтобы отправить вас на тот свет.
Первые русские подлодки класса «Ноябрь» имели настолько неэффективное экранирование, что лишь некоторые моряки-подводники, служившие на них, доживали до 50 лет — многие умирали молодыми от рака.
Ядерное измерительное оборудование, которое контролирует мощность реактора и уровень нейтронов, размещается в экранированной ёмкости. Оборудование выходит из строя вместе с экраном. Это оборудование — достижение инженерной мысли, отличающее американский флот от русского, на котором атомное оборудование редко работает так, как нужно.
Ядерное оборудование
Хватит о радиоактивности. Давайте вернемся к рассмотрению энергии и к тому, как подлодки её вырабатывают. Мы подошли к паровой установке. Основной частью паровой установки являются паровые генераторы или котлы. Горячая основная охлаждающая жидкость, поступающая из реактора в паровой котел, нагревает воду в нем до температуры кипения.
Вода в паровом котле имеет температуру 82 °C и давление 31 атм. Давление достигается за счёт впускового насоса котла, который представляет собой огромный многоосевой насос размером с холодильник.
В воде содержится большое количество химических элементов, которые предотвращают коррозию внутри котлов. Когда вода в котлах соприкасается с U-образными трубами, содержащими основную охлаждающую жидкость, имеющую температуру 260 °C, она начинает кипеть.
Поток воды должен пройти несколько крутых поворотов. Хотя пар может это сделать, капли воды не могут и падают обратно в котел. Пар из котла сначала проходит сквозь стенку между реакторным отсеком и машинным отделением, а потом сразу через изоляционный клапан. Один (MS-2) по левому борту, другой (MS-1) по правому.
Клапан закрывает трубопровод и предотвращает утечку пара. Пар проходит дальше к большим трубопроводам — один по левому борту, другой по правому, — потом к турбинам. Трубопровод делает виток перед поворотом вниз на пути к турбине. Поскольку вода нагревается выше температуры окружающей среды на 235 °C, труба расширяется на несколько сантиметров. Без этого витка трубы разрушались бы после нескольких циклов нагрева и охлаждения.
Трубы соединены с турбиной через клапаны, называемые дроссельными клапанами. Один открывается вручную оператором. Другой — автоматический дроссельный клапан, предназначен для того, чтобы поддерживать постоянную скорость турбины. Этот дроссель называют ведущим.
Дальше, ближе к верхнему концу турбинных генераторов, пенистая смесь воды и пара проходит сквозь шевронные сепараторы, которые названы так, потому что по форме напоминают знаки отличия сержантов « > ».
MS обозначает основной пар (англ. Main steam), вид пара под высоким давлением и имеющего высокую температуру. Пар меньшего давления и более низкой температуры называется вспомогательным паром.
Бортовой турбинный генератор
Первая турбина в системе трубопроводов — это бортовой турбинный генератор. Это большая коробка из изолированной стали, внутри которой находятся вращающиеся лопатки ротора, и статические лопатки, которые не вращаются. Можно сказать, что турбина — это чёрный ящик, который превращает тепловую энергию пара в механическую. Она проделывает это в две ступени.
Первая ступень является дискретной и работает на том же принципе, что и обычные водяное колесо. Поток пара проходит через ротор (вращающуюся часть турбины) и поворачивает колесо турбины.
Вторая ступень тоже дискретная. Пар проходит через статор (не вращающуюся часть) и ротор (вращающуюся часть), расширяясь и увеличивая скорость. И эта скорость направлена, так же, как в ракетном двигателе, на то, чтобы вращать ротор. После таких многократных ступеней турбина сбрасывает отработанный пар в конденсатор.
Ведущий клапан удерживает количество оборотов турбины на отметке 3600 оборотов в минуту, независимо от нагрузки генератора. Валы генератора и турбины соединены. Генератор — металлический ящик, внутри которого находятся статор с медной обмоткой. Внутри статора вращается ротор, который приводится в движение турбиной. Ротор также имеет медную обмотку.
Идея состоит в том, что при вращении проволочной петли внутри магнитного поля возникает электрический ток. Статор создает магнитное поле. При вращении ротора в магнитном поле в обмотке ротора вырабатывается электрический ток. Для этого требуется колоссальная вращающая сила, которую обеспечивает турбинная часть агрегата. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Следовательно, комбинация генератор-турбина преобразует тепловую энергию пара в электрическую.
Электроэнергия от генератора подается на не жизненно важные шины. Шина в данном случае представляет собой центр энергетической нагрузки. Примеры таких центров:
• Основные питающие насосы.
• Конденсационные насосы.
• Гидравлические насосы.
Не жизненно важные шины соединены с жизненно важными посредством размыкателя. Основные приборы, нуждающиеся в энергии, получают её от бортовых турбинных генераторов, если дела идут нормально. Но если происходит отказ турбины, то энергия поступает из мотора-генератора, который преобразует постоянный ток аккумуляторной батареи в переменный.
Вот несколько примеров приборов, которые жизненно необходимы подлодке:
• Основные охлаждающие насосы малой скорости.
• Основные насосы подачи морской воды.
• Бортовое освещение.
• Машина для приготовления кофе в вахтенной комнате.
Имеются два бортовых турбинных генератора — один по правому, другой по левому борту.
Основные двигатели
Вторая пара турбин в паровой системе состоит из основных двигателей — один по левому, другой по правому борту. У них есть режим движения вперёд и режим движения назад. Первый из них контролируется дросселем движения вперёд, второй — дросселем движения назад.
Стадии процесса такие же, как и у бортового турбинного генератора — импульсная и реакционная. Каждый из двигателей вращает свой вал, который связан с понижающей шестерней. Хотя они развивают колоссальную мощность (около 15 000 лошадиных сил каждый), они имеют небольшие размеры по сравнению с дизельной силовой установкой такой же мощности. Дизельная установка имела бы размер четырёхэтажного дома, может быть, в два раза больше дома, чтобы обладать подобной мощностью, тогда как основные двигатели не превосходят по размерам легковой автомобиль.
