US-Marinereaktoren - United States naval reactors

Koordinaten : 46°33′54.8″N 119°31′09,7″W / 46.565222°N 119.519361°W / 46.565222; -119.519361

Der Marinereaktor-Entsorgungsstandort, Trench 94 200 Area East Hanford Site, Washington im November 2009. Gelagerte Reaktorabteilpakete der Klasse vor der Los Angeles- Klasse, der Los Angeles- Klasse und der Kreuzer.

Marinereaktoren der Vereinigten Staaten sind Kernreaktoren, die von der United States Navy an Bord bestimmter Schiffe verwendet werden, um den Dampf zu erzeugen, der verwendet wird, um Energie für Antriebe , elektrische Energie , das Katapultieren von Flugzeugen in Flugzeugträgern und einige weitere kleinere Anwendungen zu erzeugen . Mit solchen Marine-Kernreaktoren ist ein komplettes Kraftwerk verbunden. Alle U-Boote und Supercarrier der US Navy, die seit 1975 gebaut wurden, werden von solchen Reaktoren angetrieben . Es gibt keine in Dienst gestellten konventionellen (nicht-nuklearen) U-Boote oder Flugzeugträger mehr in der US Navy, da der letzte konventionelle Träger, die USS  Kitty Hawk , im Mai 2009 außer Dienst gestellt wurde. Die US Navy verfügte auch über neun nuklearbetriebene Kreuzer mit solchen Reaktoren. aber sie wurden inzwischen außer Dienst gestellt. Die Reaktoren werden durch eine Vielzahl von Vertragspartnern entwickelt, dann entwickelt und an einer von mehreren Regierungs (getestet Department of Energy ) im Besitz und Generalunternehmer betriebenen Einrichtungen: Bettis Atomkraft Laboratory in West Mifflin, Pennsylvania und der damit verbundenen Naval Reactors Einrichtung in Idaho , und Knolls Atomic Power Laboratory in Niskayuna, New York, und der zugehörige Kesselring-Standort in West Milton, New York , alle unter der Leitung des Büros von Naval Reactors . Manchmal wurden in der Naval Reactors Facility, Kesselring und Windsor (in Connecticut ) großangelegte nuklearbetriebene Prototypanlagen gebaut , um die Kernkraftwerke zu testen, die jahrelang betrieben wurden, um nuklearqualifizierte Seeleute auszubilden.

Reaktorbezeichnungen

Jedes Reaktordesign erhält eine dreistellige Bezeichnung bestehend aus:

Zum Beispiel repräsentiert ein S9G-Reaktor ein U-Boot ( S ), ein von General Electric entworfener Reaktor ( G ) der neunten Generation ( 9 ).

Geschichte

Die konzeptionelle Analyse des nuklearen Schiffsantriebs begann in den 1940er Jahren. Forschung an Kernreaktoren für die Marine wurde getan , um die Entwicklung Bettis Atomkraft Laboratory in West Mifflin, Pennsylvania beginnend im Jahr 1948. Im Rahmen der langfristigen Führung von Admiral Hyman Rickover , der ersten Testreaktoranlage, ein Prototyp bezeichnet als S1W , begann 1953 in den USA in der Naval Reactors Facility in Idaho . Bettis Laboratory and Naval Reactors Facility wurden zunächst und viele Jahrzehnte danach von Westinghouse betrieben . Das erste atomgetrieben Fahrzeug, das U - Boot USS  Nautilus , in See 1955. USS Nautilus markierte den Beginn des Übergangs von U - Booten aus relativ langsam und kurzreichweitig konventionellen U - Booten zu solchen, dem erhalt 20-25 Knoten (37-46 km/h; 23–29 mph) wochenlang unter Wasser.

Ein Großteil der frühen Entwicklungsarbeiten an Marinereaktoren wurde in der Naval Reactors Facility auf dem Campus des Idaho National Laboratory (INL, früher INEL) durchgeführt. Die USS Nautilus wurde vom S2W-Reaktor angetrieben , und die Besatzung wurde auf dem landgestützten S1W-Reaktor am INL ausgebildet.

Das zweite Atom-U-Boot war die USS  Seawolf , die zunächst von einem natriumgekühlten S2G-Reaktor angetrieben und vom landgestützten S1G-Reaktor am Standort Kesselring unter Knolls Atomic Power Laboratory von General Electric unterstützt wurde . Ein Ersatz-S2G wurde ebenfalls gebaut, aber nie verwendet.

Die USS Seawolf wurde von Überhitzerproblemen geplagt, mit dem Ergebnis, dass die USS Nautilus eine weitaus bessere Leistung lieferte. Dies und die Risiken, die flüssiges Natrium bei einem Seeunfall mit sich bringt, haben Admiral Rickover dazu veranlasst, den Druckwasserreaktor (DWR) als Standardtyp für US-Marinereaktoren zu wählen . Der S2G wurde von der USS Seawolf entfernt und durch den S2Wa-Reaktor ersetzt , wobei Komponenten aus dem Ersatz-S2W verwendet wurden, das Teil des USS Nautilus- Programms war. Alle nachfolgenden US-Marinereaktoren waren DWRs, während die sowjetische Marine hauptsächlich DWRs verwendete, aber auch blei -Wismut-gekühlte Flüssigmetallgekühlte Reaktoren (LMFR) von drei Typen in acht U - Booten verwendete: K-27 und die siebenköpfige Alfa-Klasse .

Die Erfahrungen mit der USS Nautilus führten 1960 zur parallelen Entwicklung weiterer ( Skate- Klasse ) U-Boote, die von Einzelreaktoren angetrieben wurden, und eines Flugzeugträgers , USS  Enterprise , angetrieben von acht A2W- Reaktoreinheiten im Jahr 1960. Ein Kreuzer, USS  Long Beach , folgte 1961 und wurde von zwei C1W- Reaktoreinheiten angetrieben . Die USS Enterprise blieb über 50 Jahre im Dienst und wurde 2012 inaktiviert.

Landgestützte Prototypanlagen in Originalgröße in Idaho, New York und Connecticut gingen der Entwicklung mehrerer Typen (Generationen) von US-Marinenuklearreaktoren voraus, wenn auch nicht alle. Nach dem ersten Bau wurden einige technische Tests durchgeführt und die Prototypen wurden danach viele Jahre lang zur Ausbildung von nuklearqualifizierten Matrosen verwendet. Zum Beispiel führte der A1W- Prototyp in der Naval Reactors Facility zur Entwicklung von A2W- Reaktoren, die in der USS Enterprise verwendet werden . Bis 1962 hatte die US Navy 26 Atom-U-Boote in Betrieb und 30 im Bau. Die Atomkraft hatte die US-Marine revolutioniert.

Die Technologie wurde mit Großbritannien geteilt, während die technologische Entwicklung in Frankreich, China und der Sowjetunion getrennt vonstatten ging.

Nach den Schiffen der Skate- Klasse ging die Reaktorentwicklung weiter, und in den USA wurde eine einzige Serie standardisierter Designs sowohl von Westinghouse als auch von General Electric gebaut, wobei jedes Schiff von einem Reaktor angetrieben wurde. Rolls Royce baute ähnliche Einheiten für U-Boote der Royal Navy und entwickelte das Design dann zum PWR-2 weiter. Zahlreiche U-Boote mit einer S5W- Reaktoranlage wurden gebaut.

Am Ende des Kalten Krieges 1989 waren über 400 Atom-U-Boote in Betrieb oder im Bau. Etwa 250 dieser U-Boote wurden aufgrund von Programmen zur Waffenreduzierung inzwischen verschrottet und einige auf Bestellung storniert. Die russische Marine und die US-Marine hatten jeweils über einhundert, das Vereinigte Königreich und Frankreich jeweils weniger als zwanzig und China sechs. Die Gesamtzahl beträgt heute etwa 160.

Die Vereinigten Staaten sind die wichtigste Marine mit nukleargetriebenen Flugzeugträgern (10), während Russland über nuklearbetriebene Kreuzer verfügt. Russland hat acht nukleare Eisbrecher in Betrieb oder im Bau. Seit seiner Einführung im Jahr 1948 hat das Nuklearprogramm der US-Marine 27 verschiedene Anlagendesigns entwickelt, in 210 nuklearbetriebenen Schiffen installiert, 500 Reaktorkerne in Betrieb genommen und über 5.400 Reaktorjahre und 128.000.000 sicher gedämpfte Meilen gesammelt. Darüber hinaus wurden 98 Atom-U-Boote und sechs Atomkreuzer recycelt. Die US Navy hat noch nie einen Reaktorunfall erlebt.

Beachten Sie, dass alle neun nuklearbetriebenen Kreuzer (CGN) der US-Marine inzwischen aus dem Marineschiffsregister gestrichen wurden und diejenigen, die nicht bereits durch Recycling verschrottet wurden, recycelt werden sollen. Während bei Reaktorunfällen keine Schiffe oder U-Boote der US-Marine versenkt wurden, gingen zwei Atom-U-Boote, die USS  Thresher und die USS  Scorpion, auf See verloren. Der Zustand dieser Reaktoren wurde nicht öffentlich bekannt gegeben, obwohl beide Wracks von Robert Ballard im Auftrag der Marine mit ferngesteuerten Fahrzeugen (ROVs) untersucht wurden.

Der Kongress hat angeordnet, dass die US-Marine Atomkraft als Option für alle großen Überwasser- Kombattanten (Kreuzer, Zerstörer ) und amphibische Angriffsschiffe in Betracht zieht . Wenn es sich in einer Lebenszykluskostenanalyse während der Analyse der Alternativen (AoA)-Phase des vorläufigen Schiffsentwurfs als kosteneffektiv erwiesen hat, könnten neue Schiffsklassen (zB CG(X)) mit nuklearen Antrieben fortfahren.

Kraftwerke

Aktuelle US-Marinereaktoren sind alle Druckwasserreaktoren, die mit kommerziellen DWR-Reaktoren zur Stromerzeugung identisch sind, außer dass:

  • Sie haben eine hohe Leistungsdichte bei kleinem Volumen und laufen entweder mit niedrig angereichertem Uran (wie einige französische und chinesische U-Boote) oder mit hochangereichertem Uran (>20% U-235, aktuelle US-U-Boote verwenden auf mindestens 93 . angereicherten Treibstoff) %)
  • Sie haben eine lange Kernlebensdauer, sodass eine Betankung erst nach 10 oder mehr Jahren erforderlich ist, und neue Kerne sind für eine Lebensdauer von 25 Jahren in Trägern und 10–33 Jahren in U-Booten ausgelegt.
  • Das Design ermöglicht einen kompakten Druckbehälter unter Beibehaltung der Sicherheit.

Eine lange Kernlebensdauer wird durch eine hohe Urananreicherung und durch den Einbau eines „ brennbaren Neutronengiftes “ ermöglicht, das mit der Anreicherung von nicht brennbaren Giften wie Spaltprodukten und Aktiniden schrittweise abgebaut wird . Der Verlust an brennbarem Gift gleicht die Bildung von nicht brennbaren Giften aus und führt zu einer stabilen langfristigen Kraftstoffeffizienz .

Die Langzeitintegrität des kompakten Reaktordruckbehälters wird durch die Bereitstellung einer internen Neutronenabschirmung aufrechterhalten. (Dies steht im Gegensatz zu frühen sowjetischen zivilen DWR-Konstruktionen, bei denen eine Versprödung aufgrund des Neutronenbeschusses eines sehr engen Druckbehälters auftritt.)

Die Reaktorgrößen reichen von bis zu ~500  MWt (ca. 165 MWe) in den größeren U-Booten und Überwasserschiffen. Die französischen U- Boote der Rubis- Klasse verfügen über einen 48-MW-Reaktor, der 30 Jahre lang nicht betankt werden muss.

Die Atommarinen der Vereinigten Staaten, des Vereinigten Königreichs und der Russischen Föderation sind auf Dampfturbinenantriebe angewiesen. Franzosen und Chinesen nutzen die Turbine, um Strom für den Antrieb zu erzeugen. Die meisten russischen U-Boote sowie alle US-Überwasserschiffe seit der Enterprise werden von zwei oder mehr Reaktoren angetrieben. US-amerikanische, britische, französische, chinesische und indische U-Boote werden von einem angetrieben.

Die Stilllegung von Atom-U-Booten ist für die amerikanische und russische Marine zu einer wichtigen Aufgabe geworden. Nach dem Enttanken ist es in den USA üblich, den Reaktorabschnitt aus dem Schiff herauszuschneiden, um ihn als schwachaktiven Abfall in flachem Land zu entsorgen (siehe das Programm zum Recycling von Schiffen und U-Booten ).

Kernreaktoren der United States Navy

Siehe auch

Verweise

Externe Links