Reactores navales de Estados Unidos - United States naval reactors
Coordenadas : 46 ° 33′54.8 ″ N 119 ° 31′09.7 ″ W / 46.565222 ° N 119.519361 ° W
Los reactores navales de los Estados Unidos son reactores nucleares utilizados por la Armada de los Estados Unidos a bordo de ciertos barcos para generar el vapor utilizado para producir energía para propulsión , energía eléctrica , aviones catapultados en portaaviones y algunos usos menores más. Estos reactores nucleares navales tienen asociada una planta de energía completa . Todos los submarinos y supercarriers de la Armada de los Estados Unidos construidos desde 1975 son propulsados por estos reactores de propulsión nuclear. No quedan submarinos convencionales (no nucleares) ni portaaviones en la Marina de los EE. UU. Desde que el último portaaviones convencional, el USS Kitty Hawk , fue dado de baja en mayo de 2009. La Marina de los EE. UU. Tenía nueve cruceros de propulsión nuclear con tales reactores también, pero desde entonces han sido dados de baja. Los reactores son diseñados por una variedad de contratistas, luego desarrollados y probados en una de varias instalaciones propiedad del gobierno ( Departamento de Energía ) y operadas por contratistas principales: Bettis Atomic Power Laboratory en West Mifflin, Pennsylvania y su instalación de reactores navales asociada en Idaho , y Knolls Atomic Power Laboratory en Niskayuna, Nueva York y su sitio asociado de Kesselring en West Milton, Nueva York , todo bajo la administración de la oficina de Reactores Navales . A veces, se construyeron prototipos de plantas de propulsión nuclear a gran escala en la Instalación de Reactores Navales, Kesselring y Windsor (en Connecticut ) para probar las plantas nucleares, que se operaron durante años para capacitar a marineros calificados en energía nuclear.
Designaciones de reactores
A cada diseño de reactor se le asigna una designación de tres caracteres que consta de:
- Una letra para el tipo de barco al que está destinado el reactor ("A" para portaaviones , "C" para crucero , "D" para destructor y "S" para submarino )
- Un número de generación consecutivo
- Una carta para el diseñador del reactor ("W" para Westinghouse , "G" para General Electric , "C" para Ingeniería de combustión y "B" para Bechtel )
Por ejemplo, un reactor S9G representa un reactor submarino ( S ) de novena generación ( 9 ) diseñado por General Electric ( G ).
Historia
El análisis conceptual de la propulsión marina nuclear comenzó en la década de 1940. La investigación sobre el desarrollo de reactores nucleares para la Marina se realizó en el Laboratorio de Energía Atómica Bettis en West Mifflin, Pensilvania, a partir de 1948. Bajo el liderazgo a largo plazo del almirante Hyman G. Rickover , la primera planta de reactores de prueba, un prototipo denominado S1W , se puso en marcha en Estados Unidos en 1953 en la Instalación de Reactores Navales en Idaho . El Laboratorio Bettis y la Instalación de Reactores Navales fueron operados inicialmente y durante muchas décadas después por Westinghouse . El primer buque de propulsión nuclear, el submarino USS Nautilus , se hizo a la mar en 1955. El USS Nautilus marcó el comienzo de la transición de los submarinos de submarinos convencionales relativamente lentos y de corto alcance a otros capaces de sostener 20-25 nudos (37-46 km / h; 23-29 mph) sumergido durante semanas.
Gran parte del trabajo de desarrollo inicial de los reactores navales se realizó en la Instalación de Reactores Navales en el campus del Laboratorio Nacional de Idaho (INL, anteriormente INEL). El USS Nautilus fue impulsado por el reactor S2W , y la tripulación fue entrenada en el reactor S1W con base en tierra en INL.
El segundo submarino nuclear fue el USS Seawolf , que inicialmente estaba propulsado por un reactor S2G refrigerado por sodio , y apoyado por el reactor S1G con base en tierra en el sitio de Kesselring bajo el Laboratorio de Energía Atómica Knolls operado por General Electric . También se construyó un S2G de repuesto, pero nunca se usó.
El USS Seawolf estuvo plagado de problemas con el sobrecalentador, con el resultado de que el USS Nautilus ofreció un rendimiento muy superior. Esto y los riesgos que presenta el sodio líquido en caso de un accidente en el mar llevaron al almirante Rickover a seleccionar el reactor de agua presurizada (PWR) como el tipo de reactor naval estándar de EE. UU. El S2G se retiró del USS Seawolf y se reemplazó por el reactor S2Wa , utilizando componentes del S2W de repuesto que formaba parte del programa USS Nautilus . Todos los reactores navales estadounidenses posteriores han sido PWR, mientras que la Armada Soviética utilizó principalmente PWR, pero también utilizó reactores refrigerados por metal líquido refrigerados con plomo-bismuto (LMFR) de tres tipos en ocho submarinos: K-27 y la clase Alfa de siete miembros .
La experiencia con el USS Nautilus condujo al desarrollo paralelo de otros submarinos ( clase Skate ), propulsados por reactores individuales, y un portaaviones , USS Enterprise , propulsado por ocho reactores A2W en 1960. Un crucero, USS Long Beach , siguió en 1961 y estaba alimentado por dos unidades de reactor C1W . USS Enterprise permaneció en servicio durante más de 50 años y se desactivó en 2012.
Las plantas prototipo terrestres a gran escala en Idaho, Nueva York y Connecticut precedieron al desarrollo de varios tipos (generaciones) de reactores nucleares navales estadounidenses, aunque no todos. Después de la construcción inicial, se realizaron algunas pruebas de ingeniería y los prototipos se utilizaron para capacitar a marineros calificados en energía nuclear durante muchos años después. Por ejemplo, el prototipo A1W en Naval Reactors Facility condujo al desarrollo de reactores A2W utilizados en USS Enterprise . En 1962, la Marina de los Estados Unidos tenía 26 submarinos nucleares en funcionamiento y 30 en construcción. La energía nuclear había revolucionado la Marina de los Estados Unidos.
La tecnología se compartió con el Reino Unido, mientras que el desarrollo tecnológico en Francia, China y la Unión Soviética se llevó a cabo por separado.
Después de las vasijas de la clase Skate , prosiguió el desarrollo del reactor y, en los Estados Unidos, Westinghouse y General Electric construyeron una sola serie de diseños estandarizados , con un reactor alimentando cada vasija. Rolls Royce construyó unidades similares para submarinos de la Royal Navy y luego desarrolló el diseño más allá del PWR-2. Se construyeron numerosos submarinos con una planta de reactor S5W .
Al final de la Guerra Fría en 1989, había más de 400 submarinos de propulsión nuclear en funcionamiento o en construcción. Unos 250 de estos submarinos han sido desguazados y algunos pedidos cancelados debido a programas de reducción de armas. La Armada rusa y la Armada de los Estados Unidos tenían más de cien cada una, el Reino Unido y Francia menos de veinte cada una y China seis. El total hoy es de unos 160.
Estados Unidos es la principal armada con portaaviones de propulsión nuclear (10), mientras que Rusia tiene cruceros de propulsión nuclear. Rusia tiene ocho rompehielos nucleares en servicio o en construcción. Desde su inicio en 1948, el programa nuclear de la Armada de los EE. UU. Ha desarrollado 27 diseños de plantas diferentes, las ha instalado en 210 barcos de propulsión nuclear, ha puesto en funcionamiento 500 núcleos de reactores y ha acumulado más de 5400 años de reactores de funcionamiento y 128 000 000 millas de vapor de forma segura. Además, se han reciclado 98 submarinos nucleares y seis cruceros nucleares. La Marina de los EE. UU. Nunca ha experimentado un accidente en un reactor.
Tenga en cuenta que los nueve cruceros de propulsión nuclear (CGN) de la Armada de los EE. UU. Han sido eliminados del Registro de Buques Navales , y los que aún no se han desechado mediante el reciclaje están programados para ser reciclados. Si bien los accidentes de reactores no han hundido ningún barco o submarino de la Armada de los EE. UU., Dos submarinos de propulsión nuclear, el USS Thresher y el USS Scorpion se perdieron en el mar. El estado de estos reactores no se ha hecho público, aunque Robert Ballard ha investigado ambos restos en nombre de la Armada utilizando vehículos operados a distancia (ROV).
El Congreso ha ordenado que la Marina de los Estados Unidos considere la energía nuclear como una opción para todos los combatientes de gran superficie (cruceros, destructores ) y barcos de asalto anfibios . Si se comprueba la rentabilidad en un análisis de costes del ciclo de vida durante la fase de análisis de alternativas (AoA) del diseño preliminar del barco, las nuevas clases de barcos (por ejemplo, CG (X)) podrían proceder con la propulsión nuclear.
Plantas de energía
Los reactores navales estadounidenses actuales son todos reactores de agua a presión, que son idénticos a los reactores comerciales PWR que producen electricidad, excepto que:
- Tienen una alta densidad de potencia en un volumen pequeño y funcionan con uranio poco enriquecido (al igual que algunos submarinos franceses y chinos) o con uranio altamente enriquecido (> 20% U-235, los submarinos estadounidenses actuales utilizan combustible enriquecido a al menos 93 %)
- Tienen una larga vida útil de los núcleos, por lo que el reabastecimiento de combustible solo es necesario después de 10 años o más, y los nuevos núcleos están diseñados para durar 25 años en los portaaviones y de 10 a 33 años en los submarinos.
- El diseño permite un recipiente a presión compacto mientras se mantiene la seguridad.
El alto enriquecimiento de uranio y la incorporación de un " veneno de neutrones quemable " permite una vida útil prolongada del núcleo , que se agota progresivamente a medida que se acumulan venenos no quemables como los productos de fisión y los actínidos . La pérdida de veneno quemable contrarresta la creación de venenos no quemables y da como resultado una eficiencia de combustible estable a largo plazo .
La integridad a largo plazo de la vasija de presión del reactor compacto se mantiene proporcionando un escudo de neutrones interno. (Esto contrasta con los primeros diseños de PWR civiles soviéticos donde la fragilización se produce debido al bombardeo de neutrones de un recipiente a presión muy estrecho).
Los tamaños de los reactores varían hasta ~ 500 MWt (aproximadamente 165 MWe) en los submarinos más grandes y los barcos de superficie. Los submarinos franceses de clase Rubis tienen un reactor de 48 MW que no necesita repostar durante 30 años.
Las armadas nucleares de los Estados Unidos, el Reino Unido y la Federación de Rusia dependen de la propulsión por turbinas de vapor. Los franceses y chinos utilizan la turbina para generar electricidad para propulsión. La mayoría de los submarinos rusos, así como todos los barcos de superficie estadounidenses desde el Enterprise , funcionan con dos o más reactores. Los submarinos estadounidenses, británicos, franceses, chinos e indios funcionan con uno.
El desmantelamiento de los submarinos de propulsión nuclear se ha convertido en una tarea importante para las armadas estadounidense y rusa. Después de la descarga de combustible, la práctica de los EE. UU. Es cortar la sección del reactor del recipiente para su eliminación en un entierro en tierra poco profunda como desperdicio de baja actividad (ver el programa de reciclaje Barco-Submarino ).
Ver también
- Lista de reactores navales de Estados Unidos
- Reactores navales
- Propulsión marina nuclear
- Submarino nuclear
- Escuela de Energía Nuclear Naval
- Generador termoeléctrico de radioisótopos
- Rolls-Royce PWR : reactores navales del Reino Unido
- Cruceros de propulsión nuclear de la Armada de los Estados Unidos
- Submarinos de propulsión nuclear de la Armada de los Estados Unidos
Referencias
enlaces externos
- El Centro de Información de Uranio proporcionó parte del material original de este artículo.