Reactores navales de estados unidos

Coordenadas: 46°33′54.8″N 119°31′09.7″W / 46.565222 °N 119.519361°O / 46.565222; -119.519361

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 que se utiliza para producir energía para propulsión, energía eléctrica, catapultar aviones en portaaviones y algunos más. usos menores. Dichos reactores nucleares navales tienen asociada una planta de energía completa. Todos los submarinos y supercarriers de la Marina de los EE. UU. construidos desde 1975 funcionan con energía nuclear mediante dichos reactores. No quedan submarinos convencionales (no nucleares) o portaaviones comisionados 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 gubernamentales (Departamento de Energía) y operadas por contratistas principales: Bettis Atomic Power Laboratory en West Mifflin, Pennsylvania y su Naval Reactors Facility asociado en Idaho, y Laboratorio de Energía Atómica Knolls en Niskayuna, Nueva York y su sitio asociado de Kesselring en West Milton, Nueva York, todos bajo la dirección de la oficina de Naval Reactors. A veces, se construyeron plantas prototipo de propulsión nuclear a gran escala en las instalaciones de reactores navales, Kesselring y Windsor (en Connecticut) para probar las plantas nucleares, que se operaron durante años para capacitar a marineros nucleares calificados.

Designaciones de reactores

Cada diseño de reactor recibe una designación de tres caracteres que consta de:

• Una carta para el tipo de barco que el reactor está destinado a ("A" para el portaaviones, "C" para el crucero, "D" para el destructor, y "S" para submarino)
• Número de generación consecutiva
• Una carta para el diseñador del reactor ("W" para Westinghouse, "G" para General Electric, "C" para Combustion Engineering, 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 reactor de prueba, un prototipo denominado S1W, comenzó en EE. UU. 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 convencionales relativamente lentos y de corto alcance a los capaces de sostener 20 –25 nudos (37–46 km/h; 23–29 mph) sumergido durante semanas.

Gran parte del trabajo inicial de desarrollo de 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 propulsado 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 Knolls Atomic Power Laboratory operado por General Electric. También se construyó un S2G de repuesto, pero nunca se usó.

El

USS Seawolf estuvo plagado de problemas de sobrecalentamiento, con el resultado de que el USS Nautilus entregó un rendimiento muy superior. Esto y los riesgos que plantea el sodio líquido en caso de accidente en el mar llevaron al almirante Rickover a seleccionar el reactor de agua a presión (PWR) como el tipo de reactor naval estándar de EE. UU. El S2G se eliminó 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 usó principalmente PWR, pero también usó reactores enfriados por metal líquido (LMFR) enfriados por plomo y bismuto 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 más submarinos (clase Skate), propulsados por reactores individuales, y un portaaviones, el USS Enterprise, propulsado por ocho unidades de reactores A2W en 1960. Un crucero, el USS Long Beach, siguió en 1961 y fue propulsado por dos unidades de reactores C1W. El 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 de EE. UU., aunque no todos. Después de la construcción inicial, se realizaron algunas pruebas de ingeniería y los prototipos se usaron para entrenar 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. Para 1962, la Marina de los EE. UU. tenía 26 submarinos nucleares operativos y 30 en construcción. La energía nuclear había revolucionado la Armada de los Estados Unidos.

La tecnología se compartió con el Reino Unido, mientras que el desarrollo tecnológico en Francia, China y la Unión Soviética procedió por separado.

Después de los buques de la clase Skate, prosiguió el desarrollo del reactor y, en EE. UU., tanto Westinghouse como General Electric construyeron una única serie de diseños estandarizados, con un reactor alimentando cada buque. Rolls-Royce construyó unidades similares al PWR1 para submarinos de la Royal Navy y luego desarrolló el diseño más allá del PWR2. 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 ahora han sido desguazados y algunos cancelados por encargo, debido a los 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 tenían 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 Marina de los EE. UU. ha desarrollado 27 diseños de plantas diferentes, los ha instalado en 210 barcos de propulsión nuclear, ha puesto en funcionamiento 500 núcleos de reactores y ha acumulado más de 5400 años de funcionamiento de reactores y 128 000 000 millas recorridas con vapor de forma segura. Además, se han reciclado 98 submarinos nucleares y seis cruceros nucleares. La Marina de los EE. UU. nunca ha revelado un accidente del reactor, pero ha sufrido al menos un accidente con pérdida de refrigerante en el USS Guardfish.

Los nueve cruceros de propulsión nuclear (CGN) de la Marina de los EE. UU. ahora han sido eliminados del Registro de embarcaciones navales, y los que aún no se han desguazado mediante el reciclaje están programados para ser reciclados. Si bien los accidentes del reactor no han hundido ningún barco o submarino de la Marina 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 naufragios en nombre de la Marina utilizando vehículos operados a distancia (ROV).

El Congreso ha ordenado que la Marina de los EE. UU. considere la energía nuclear como una opción en todos los grandes buques de combate de superficie (cruceros, destructores) y buques de asalto anfibios. Si se demuestra que es rentable en un análisis de costos 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.

Centrales eléctricas

Todos los reactores navales estadounidenses actuales son 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 pequeño volumen y se ejecutan ya sea en uranio poco enriquecido (como algunos submarinos franceses y chinos) o en uranio altamente enriquecido (condenado20% U-235, los submarinos actuales de EE.UU. utilizan combustible enriquecido al menos 93%)
• Tienen largas vidas básicas, de modo que el repostaje se necesita sólo después de 10 o más años, y nuevos núcleos están diseñados para durar 25 años en portadores y 10–33 años en submarinos,
• El diseño permite un recipiente de presión compacto manteniendo la seguridad.

La vida útil prolongada del núcleo se logra gracias al alto enriquecimiento de uranio y la incorporación de un "veneno de neutrones combustible", que se agota progresivamente a medida que se acumulan venenos no combustibles, como los productos de fisión y los actínidos. La pérdida de veneno consumible compensa la creación de venenos no consumibles 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 ocurre debido al bombardeo de neutrones de un recipiente a presión muy estrecho).

Los tamaños de los reactores varían hasta ~500 MWt (alrededor de 165 MWe) en los submarinos y barcos de superficie más grandes. Los submarinos franceses de la clase Rubis tienen un reactor de 48 MW que no necesita recarga de combustible durante 30 años.

Las armadas nucleares de los Estados Unidos, el Reino Unido y la Federación Rusa dependen de la propulsión de turbinas de vapor. Los de los franceses y los chinos utilizan la turbina para generar electricidad para la propulsión. La mayoría de los submarinos rusos, así como todos los barcos de superficie estadounidenses desde Enterprise, funcionan con dos o más reactores. Los submarinos estadounidenses, británicos, franceses, chinos e indios funcionan con uno.

El desmantelamiento de 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 de la vasija para desecharla en un entierro superficial en tierra como desechos de bajo nivel (consulte el programa de reciclaje de barcos y submarinos).