Rolls-Royce PWR-1

Rolls-Royce PWR-1 — это серия судовых ядерных реакторов с водой под давлением, разработанных британской компанией Rolls-Royce для оснащения атомных подводных лодок Военно-морских сил Великобритании. Реакторы данного типа являются основой энергетических установок подводных лодок типов «Вэнгард», «Трафальгар» и «Астьют», обеспечивая их длительное автономное плавание и высокие тактико-технические характеристики.

История создания

Разработка реактора PWR-1 началась в 1950-х годах в рамках британской программы создания атомного подводного флота. Первоначально Великобритания использовала американские реакторы S5W на первой атомной подводной лодке «Дредноут» (1960 год), однако вскоре было принято решение о развитии собственных технологий. Компания Rolls-Royce, имевшая опыт в авиационном двигателестроении, была выбрана головным разработчиком.

Первый британский реактор собственной конструкции, получивший обозначение PWR-1, был установлен на подводной лодке «Вэлиант» (S102), спущенной на воду в 1963 году. Впоследствии реактор модернизировался, появились модификации PWR-1 Core A, Core B, Core C и Core D, отличавшиеся конструкцией активной зоны, увеличенным сроком службы и повышенной мощностью. К 2020-м годам реакторы PWR-1 остаются в эксплуатации на подводных лодках типа «Трафальгар» и «Вэнгард», а на более новых лодках типа «Астьют» устанавливается их преемник — реактор PWR-2.

Конструкция и принцип действия

Реактор PWR-1 относится к типу водо-водяных ядерных реакторов (ВВР) с водой под давлением. Вода в первом контуре выполняет функции теплоносителя и замедлителя нейтронов. Она циркулирует под высоким давлением (около 15,5 МПа) через активную зону, где происходит деление ядер урана-235, и нагревается до температуры около 300 °C, не закипая благодаря поддержанию давления.

Активная зона

Активная зона реактора состоит из тепловыделяющих сборок (ТВС), содержащих таблетки диоксида урана (UO₂) с обогащением по урану-235, которое для британских военных реакторов составляет около 93–97% (высокообогащённый уран). Такое высокое обогащение позволяет значительно уменьшить размеры активной зоны и увеличить энерговыделение на единицу объёма, что критически важно для подводных лодок, где пространство ограничено. Срок службы активной зоны — от 10 до 20 лет в зависимости от модификации, что позволяет лодке не перегружать топливо в течение всего срока службы.

Первый контур

Циркуляция воды в первом контуре обеспечивается главными циркуляционными насосами. Нагретая вода поступает в парогенераторы, где отдаёт тепло воде второго контура, превращая её в пар. Давление в первом контуре поддерживается компенсатором давления.

Второй контур

Второй контур является пароводяным. Вода в нём превращается в пар, который поступает на паровую турбину, приводящую в движение гребной вал через редуктор. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе, охлаждаемом забортной водой, и возвращается в парогенераторы. Таким образом, реактор PWR-1 обеспечивает работу паротурбинной установки, которая может быть как прямоточной, так и с электродвижением (на лодках типа «Астьют»).

Биологическая защита

Реактор окружён многослойной биологической защитой из свинца, стали и полиэтилена, снижающей уровень ионизирующего излучения до безопасных для экипажа значений. Корпус реактора выполнен из высокопрочной стали, выдерживающей рабочее давление и температуру.

Модификации

За время эксплуатации реактор PWR-1 прошёл несколько этапов модернизации, что отразилось в обозначениях активных зон:

• PWR-1 Core A — базовая версия, устанавливалась на лодки типов «Вэлиант» и «Черчилль». Срок службы — около 10 лет.
• PWR-1 Core B — модернизированная версия с увеличенным сроком службы до 12 лет, использовалась на лодках типа «Свифтшур».
• PWR-1 Core C — версия с повышенной мощностью и улучшенной надёжностью, устанавливалась на лодки типа «Трафальгар».
• PWR-1 Core D — наиболее совершенная модификация, используемая на подводных лодках типа «Вэнгард». Срок службы активной зоны достигает 20 лет, что позволяет лодке не проходить перегрузку топлива в течение всего срока службы.

Технические характеристики

Точные характеристики реакторов PWR-1 являются засекреченными, однако на основе открытых источников и анализа данных можно привести следующие оценки:

• Тепловая мощность: около 150–200 МВт (в зависимости от модификации).
• Электрическая мощность: около 20–30 МВт (на выходе турбогенераторов).
• Давление в первом контуре: около 15,5 МПа.
• Температура теплоносителя на выходе из активной зоны: около 300 °C.
• Обогащение урана: 93–97% по урану-235.
• Масса реактора (с защитой): около 150–200 тонн.
• Срок службы активной зоны: 10–20 лет.

Применение

Реакторы PWR-1 устанавливались на всех британских атомных подводных лодках, построенных с 1960-х по 2000-е годы, за исключением первой лодки «Дредноут», использовавшей американский реактор. Основные носители:

• Подводные лодки типа «Вэлиант» (2 единицы, 1963–1994) — первые британские лодки с собственным реактором.
• Подводные лодки типа «Черчилль» (3 единицы, 1967–1992) — дальнейшее развитие проекта.
• Подводные лодки типа «Свифтшур» (6 единиц, 1971–2010) — многоцелевые лодки с улучшенной гидроакустикой.
• Подводные лодки типа «Трафальгар» (7 единиц, 1979–2022) — основная серия многоцелевых лодок, последняя выведена из состава флота в 2022 году.
• Подводные лодки типа «Вэнгард» (4 единицы, 1993–настоящее время) — стратегические ракетоносцы, несущие баллистические ракеты «Трайдент II». На них установлена модификация Core D.

На подводных лодках типа «Астьют» (с 2010 года) используется реактор следующего поколения — PWR-2, который является развитием конструкции PWR-1 и отличается повышенной мощностью и увеличенным сроком службы активной зоны (до 25 лет).

Безопасность и эксплуатация

Реакторы PWR-1 зарекомендовали себя как надёжные и безопасные установки. За время эксплуатации не было зафиксировано серьёзных аварий с выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду. Системы безопасности включают аварийную защиту, автоматическое глушение реактора при отклонении параметров, а также системы пассивного отвода тепла.

Однако эксплуатация реакторов связана с рядом проблем, характерных для военных ядерных установок:

• Утилизация отработавшего ядерного топлива — высокообогащённый уран требует специальных мер обращения и хранения.
• Радиоактивные отходы — корпуса реакторов и оборудование после вывода лодок из эксплуатации подлежат длительному хранению.
• Утечки радиации — в 1990-х годах были зафиксированы незначительные утечки радиоактивной воды на некоторых лодках, но они не привели к серьёзным последствиям.

Перспективы

К 2020-м годам реакторы PWR-1 постепенно вытесняются более современными PWR-2, а также разрабатываемыми реакторами для подводных лодок нового поколения (проект Dreadnought). Тем не менее, на лодках типа «Вэнгард» PWR-1 Core D продолжат службу как минимум до середины 2030-х годов, когда их планируется заменить новыми стратегическими ракетоносцами.

См. также

• Ядерный реактор с водой под давлением
• Rolls-Royce PWR-2
• Подводные лодки типа «Вэнгард»
• Атомная подводная лодка

Источники

• Moore, J. (2005). Jane's Fighting Ships 2005–2006. Jane's Information Group.
• Preston, A. (2002). The World's Great Submarines. Brown Books.
• «Nuclear Submarine Reactors». Nuclear Engineering International, 1998.
• «Rolls-Royce PWR-1». The Royal Navy Submarine Museum, 2010.
• «UK Submarine Nuclear Propulsion». House of Commons Defence Committee Report, 2006.