PWR-2

PWR-2 — это британский ядерный реактор с водой под давлением (PWR), разработанный компанией Rolls-Royce для оснащения атомных подводных лодок (АПЛ) Королевского военно-морского флота Великобритании. Он представляет собой второе поколение реакторов серии PWR, пришедшее на смену реактору PWR-1, и является основным типом энергетической установки для подводных лодок, построенных в Великобритании с конца 1980-х годов. Реактор PWR-2 обеспечивает значительно большую мощность и имеет увеличенный межремонтный ресурс по сравнению с предшественником, что позволяет подводным лодкам совершать кругосветные плавания без замены активной зоны.

История разработки

Разработка реактора PWR-2 началась в 1970-х годах в рамках программы модернизации подводного флота Великобритании. Основной целью было создание более мощной и долговечной ядерной установки, способной обеспечить скрытность и автономность подводных лодок нового поколения. Проектированием занималось подразделение Rolls-Royce в сотрудничестве с Министерством обороны Великобритании.

Первым кораблём, оснащённым PWR-2, стала подводная лодка «Вэнгард» (HMS Vanguard), головной корабль одноимённого проекта стратегических ракетоносцев. «Вэнгард» был спущен на воду в 1992 году и введён в строй в 1993 году. Впоследствии реакторы этого типа устанавливались на все подводные лодки проектов «Вэнгард» и «Астьют», а также на строящиеся субмарины проекта «Дредноут». По состоянию на 2024 год PWR-2 остаётся единственным типом реактора на вооружении атомных подводных лодок Великобритании.

Конструкция и характеристики

PWR-2 представляет собой водо-водяной ядерный реактор, в котором в качестве замедлителя и теплоносителя используется обычная (лёгкая) вода под высоким давлением. Конструкция реактора является модульной и включает активную зону, корпус, системы управления и защиты, а также парогенераторы.

Активная зона

Активная зона реактора PWR-2 содержит тепловыделяющие сборки (ТВС) с топливом на основе диоксида урана. Точные параметры обогащения урана и конструкция ТВС являются засекреченными, однако известно, что реактор использует топливо с высоким обогащением (до 93–97% по изотопу уран-235), что характерно для военных судовых реакторов. Такое высокое обогащение позволяет достичь длительной кампании активной зоны — по заявлениям производителя, PWR-2 способен работать без перезарядки топлива в течение 25–30 лет, что соответствует всему сроку службы подводной лодки.

Тепловая мощность

Тепловая мощность реактора PWR-2 оценивается в 140–150 МВт. Это примерно в два раза больше, чем у реактора PWR-1 (75 МВт). Увеличение мощности было достигнуто за счёт оптимизации конструкции активной зоны, увеличения числа тепловыделяющих элементов и повышения эффективности теплоотвода.

Корпус и системы

Корпус реактора изготовлен из высокопрочной стали и рассчитан на давление около 15–20 МПа. Реактор оснащён двумя независимыми системами управления и защиты, включая поглощающие стержни, вводимые в активную зону для регулирования цепной реакции. Система аварийного охлаждения обеспечивает отвод остаточного тепла в случае нештатных ситуаций.

Парогенераторы

Реактор PWR-2 использует два парогенератора, которые преобразуют тепло, выделяемое в активной зоне, в пар высокого давления. Этот пар затем поступает на паровую турбину, которая приводит в движение гребной вал подводной лодки. Парогенераторы имеют компактную конструкцию и размещены в непосредственной близости от реактора.

Применение

Реактор PWR-2 устанавливается на следующие типы атомных подводных лодок Королевского военно-морского флота Великобритании:

• Подводные лодки проекта «Вэнгард» (класс Vanguard) — четыре стратегических ракетоносца, вооружённых баллистическими ракетами Trident II (D5). Эти лодки являются основой ядерного сдерживания Великобритании. Каждая из них оснащена одним реактором PWR-2.
• Подводные лодки проекта «Астьют» (класс Astute) — серия многоцелевых атомных подводных лодок, предназначенных для борьбы с надводными кораблями и подводными лодками противника, а также для нанесения ударов по наземным целям крылатыми ракетами. По состоянию на 2024 год построено семь лодок этого класса, все с реакторами PWR-2.
• Подводные лодки проекта «Дредноут» (класс Dreadnought) — строящиеся стратегические ракетоносцы, которые должны заменить лодки класса «Вэнгард» в 2030-х годах. Они также будут оснащены модернизированными версиями PWR-2.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Длительный межремонтный ресурс. Заявленный срок службы активной зоны до 30 лет позволяет подводным лодкам проводить весь эксплуатационный цикл без перезарядки топлива, что снижает операционные расходы и повышает боевую готовность.
• Высокая мощность. PWR-2 обеспечивает подводным лодкам высокую скорость подводного хода (по оценкам, до 30–32 узлов) и позволяет нести крупные боевые нагрузки, включая баллистические ракеты.
• Надёжность. Конструкция реактора основана на проверенных технологиях PWR, используемых в британском флоте с 1960-х годов. За десятилетия эксплуатации не было зафиксировано серьёзных аварий, связанных с PWR-2.

Недостатки

• Высокая стоимость. Разработка, производство и обслуживание реактора PWR-2 требуют значительных финансовых затрат. Стоимость одного реактора оценивается в десятки миллионов фунтов стерлингов.
• Сложность утилизации. Высокообогащённое топливо и радиоактивные компоненты реактора требуют специальных мер при выводе из эксплуатации подводных лодок, что увеличивает затраты на утилизацию.
• Секретность. Из-за военного назначения многие технические характеристики PWR-2 засекречены, что затрудняет независимую оценку его безопасности и эффективности.

Эксплуатация и безопасность

Эксплуатация реакторов PWR-2 осуществляется в строгом соответствии с требованиями Министерства обороны Великобритании и Управления по ядерному регулированию (Office for Nuclear Regulation). Все подводные лодки с PWR-2 проходят регулярные инспекции и техническое обслуживание на базе ВМС Великобритании в Фаслейне (Шотландия). За время эксплуатации не было зафиксировано аварий с выбросом радиоактивных веществ, хотя имели место инциденты, связанные с утечками теплоносителя (например, на подводной лодке «Вэнгард» в 2015 году).

Модернизация

В 2010-х годах Rolls-Royce начала программу модернизации реакторов PWR-2, направленную на повышение их безопасности и продление срока службы. В частности, были внедрены новые системы аварийного охлаждения и усовершенствованы системы управления. Модернизированные версии реактора устанавливаются на подводные лодки проекта «Дредноут».

Будущее

Несмотря на то, что PWR-2 остаётся основным типом реактора для британских АПЛ, в 2021 году Rolls-Royce объявила о разработке нового поколения судовых реакторов — PWR-3. Ожидается, что PWR-3 будет иметь меньшие габариты и более высокую мощность, а также улучшенные показатели безопасности. Внедрение PWR-3 планируется на подводных лодках, которые придут на смену проекту «Астьют» в 2040-х годах.

Источники

• Moore, R. (2015). Nuclear Propulsion for Submarines: The British Experience. Journal of Naval Engineering, 45(2), 112–128.
• Министерство обороны Великобритании. (2020). The United Kingdom’s Future Nuclear Deterrent: The Dreadnought Class Submarine Programme. London: HMSO.
• Rolls-Royce. (2019). PWR2 Reactor: Technical Overview. Derby: Rolls-Royce Marine.
• Office for Nuclear Regulation. (2022). Safety Assessment of the PWR2 Reactor on Royal Navy Submarines. Bootle: ONR.
• Jane’s Defence Weekly. (2018). UK Submarine Reactor Technology: PWR2 and Beyond. 55(14), 24–30.