เครื่องปฏิกรณ์ A2W
เครื่องปฏิกรณ์ A2Wเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สำหรับเรือรบที่กองทัพเรือสหรัฐฯใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าและขับเคลื่อนเรือรบชื่อย่อ A2W มาจาก:
- A = แท่นบรรทุกเครื่องบิน
- 2 = แกนหลักรุ่นที่สองที่ออกแบบโดยผู้รับเหมา
- W = Westinghouseเป็นผู้ออกแบบที่ได้รับการว่าจ้าง
ประวัติศาสตร์
เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์นี้ถูกใช้ในเรือบรรทุกเครื่องบินพลังงานนิวเคลียร์ลำแรกของโลก คือ เรือUSS Enterprise (CVN-65)ระบบขับเคลื่อนทั้งสี่ระบบบนเรือ Enterpriseแต่ละระบบประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์สองเครื่อง โดยมีหมายเลขกำกับตามเพลาที่ขับเคลื่อน คือ 1A-1B, 2A-2B, 3A-3B และ 4A-4B ระบบขับเคลื่อนแต่ละระบบสามารถทำงานได้ด้วยเครื่องปฏิกรณ์เพียงเครื่องเดียวในช่วงกำลังส่วนใหญ่ที่จำเป็นในการขับเคลื่อนเรือด้วยความเร็วเกิน 33 นอต (60 กม./ชม.) หากใช้เครื่องปฏิกรณ์ทั้งสองเครื่องพร้อมกัน จะสามารถรักษาความเร็วสูงสุดของเรือและความสามารถในการปล่อยเครื่องบินได้
การออกแบบและการดำเนินงาน
เครื่องปฏิกรณ์เป็นเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูงที่ใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียม-235 ที่มีความเข้มข้นสูง[ 1 ]น้ำเบาถูกใช้เป็นทั้งตัวหน่วงนิวตรอนและสารหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์แท่งควบคุมแฮฟเนียม ถูกใช้เพื่อควบคุมการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ การดึงแท่งควบคุมขึ้นไปที่ความสูงที่คำนวณไว้จะทำให้เครื่องปฏิกรณ์ถึงจุดวิกฤตซึ่งเป็นจุดที่ ปฏิกิริยา ฟิชชันนิวเคลียร์ถึงระดับที่สามารถดำเนินต่อไปได้ด้วยตนเอง หลังจากนั้น การไหลของไอน้ำ (จากเครื่องกำเนิดไอน้ำ) จะควบคุมกำลังของเครื่องปฏิกรณ์ดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง แท่งควบคุมจะถูก "เลื่อน" เข้าหรือออกเพื่อควบคุมอุณหภูมิเฉลี่ยของสารหล่อเย็น หรือลดลงไปที่ด้านล่างของภาชนะเครื่องปฏิกรณ์เพื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์ — ซึ่งอาจทำในลักษณะที่ควบคุมอย่างช้าๆ หรือลดลงอย่างรวดเร็วในระหว่างสิ่งที่เรียกว่าSCRAMเพื่อปิดเครื่องปฏิกรณ์ทันทีในกรณีฉุกเฉิน
การควบคุมกำลังของเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ในระหว่างการทำงานที่สภาวะคงที่นั้น เกิดจากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบของน้ำหล่อเย็น กำลังของเครื่องปฏิกรณ์ถูกกำหนดโดยอัตราการเกิดปฏิกิริยาฟิชชันในเชื้อเพลิง ณ ขณะนั้น เมื่อน้ำร้อนขึ้น มันจะขยายตัวและมีความหนาแน่นน้อยลง ทำให้มีโมเลกุลต่อปริมาตรน้อยลงที่จะช่วยลดความเร็วของนิวตรอนดังนั้นจึงมีนิวตรอนน้อยลงที่จะถูกลดความเร็วลงจนถึงระดับพลังงานความร้อนที่จำเป็นต่อการเกิดปฏิกิริยาฟิชชัน ในทางกลับกัน เมื่ออุณหภูมิของน้ำหล่อเย็นลดลง ความหนาแน่นของมันจะเพิ่มขึ้น และนิวตรอนจำนวนมากขึ้นจะไปถึงระดับพลังงานความร้อนที่ต้องการ ทำให้จำนวนปฏิกิริยาฟิชชันต่อหน่วยเวลาเพิ่มขึ้น และสร้างความร้อนมากขึ้น ผลที่ได้คือ "ความต้องการไอน้ำ" สามารถควบคุมกำลังของเครื่องปฏิกรณ์ได้ ทำให้ผู้ควบคุมเครื่องปฏิกรณ์แทบไม่ต้องเข้าไปแทรกแซงเพื่อเปลี่ยนแปลงกำลังไฟฟ้าที่ต้องการในการปฏิบัติงานของเรือ
น้ำร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์จะถูกส่งผ่านท่อขนาดใหญ่ไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เรียกว่าเครื่องกำเนิดไอน้ำ ที่นั่น ความร้อนจากน้ำหล่อเย็นเครื่องปฏิกรณ์ที่มีแรงดันสูงและร้อนจัดจะถูกถ่ายเทผ่านผนังท่อไปยังน้ำที่ถูกป้อนเข้าสู่เครื่องกำเนิดไอน้ำจากระบบป้อนน้ำแยกต่างหาก เมื่อน้ำหล่อเย็นเครื่องปฏิกรณ์ปล่อยความร้อนออกมาในเครื่องกำเนิดไอน้ำแล้ว มันจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์ผ่านปั๊มไฟฟ้าขนาดใหญ่ (สี่ตัวต่อเครื่องปฏิกรณ์) เพื่อเริ่มต้นวงจรใหม่
ไอน้ำอิ่มตัวจะถูกส่งจากเครื่องกำเนิดไอน้ำแต่ละเครื่องไปยังท่อรวมไอน้ำส่วนกลาง จากนั้นไอน้ำจะถูกส่งไปยังเครื่องยนต์หลัก เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ระบบปล่อยเครื่องบิน และอุปกรณ์เสริมต่างๆ มีกังหันขับเคลื่อนหลักสองตัว ตัวหนึ่งเป็นกังหันแรงดันสูง และอีกตัวเป็นกังหันแรงดันต่ำ โดยมีตัวแยกความชื้นอยู่ระหว่างทั้งสอง กังหันขับเคลื่อนหลักแรงดันต่ำเป็นแบบสองปลาย โดยไอน้ำจะเข้าทางตรงกลางและแยกออกเป็นสองสายเมื่อเข้าสู่ล้อกังหัน ไอน้ำจะขยายตัวและปล่อยพลังงานออกมา ทำให้กังหันหมุนด้วยความเร็วสูง เพลาหลักจะเข้าสู่เกียร์ทดรอบ ซึ่งจะลดความเร็วในการหมุนสูงของเพลากังหันลงเหลืออัตราการหมุนที่ใช้งานได้สำหรับการขับเคลื่อนเรือ ไอน้ำที่ใช้แล้วจากเครื่องยนต์หลักและอุปกรณ์เสริมอื่นๆ จะเข้าสู่คอนเดนเซอร์เพื่อทำให้เย็นลงเป็นน้ำและนำกลับไปใช้ในระบบป้อนน้ำอีกครั้ง