Lucky: Atom crumbles Arctic ice cream

Bezkresne przestrzenie rosyjskiej Arktyki, najniższe na planecie temperatury tam panujące, a jednocześnie wielki potencjał geopolityczny, logistyczny jak i surowcowy tego regionu spowodował, iż w Rosji powstała imponująca flota lodołamaczy (czytaj: Szczęśniak: Arktyczna atomowa flota | Myśl Polska (myslpolska.info).

Przyjrzyjmy się temu, co czyni ją wyjątkową. To napęd atomowy. To właśnie źródło energii umożliwia budowę coraz potężniejszych statków, pozwalających kruszyć coraz grubsze lody, otwierać pionierskie arktyczne szlaki żeglugowe jak Północna Droga Morska.

Jak to działa? To taki nuklearny „czajnik”, podgrzewający wodę ciepłem wydzielanym podczas kontrolowanej reakcji łańcuchowej. W aktywnej strefie reaktora znajdują się pastylki uranu 235, w których zachodzi kontrolowana reakcja rozbijania atomów i wyzwalania energii. W RITM-200 upakowane są w 241 długich chromoniklowych rurek (zastąpiły one cyrkonowe, lepiej się zachowują przy wodno-chemicznych sytuacjach kryzysowych). Tę strefę ochładza woda o temperaturze 317 stopni C pod ciśnieniem (dlatego nie przekształca się w parę), oddająca jednocześnie ciepło do generatora pary, tworząc tam przegrzaną parę wodną, napędzającą turbinę. Ta porusza prądnice, wytwarzające prąd elektryczny, napędza dzięki elektrycznym silnikom śruby okrętowe. Proste, nie? Na końcu proces chłodzenia w lodołamaczach oparty jest na wodzie morskiej, która ma zawsze niską temperaturę.

W rosyjskich atomowych lodołamaczach pracują zwykle dwa reaktory, mogące zaspokoić potrzeby niemałego miasta. Taki napęd osiąga na wale napędowym śruby znacznie większą moc niż silniki dieslowskie, a ta decyduje o sile statku. Dzięki temu atomowe lodołamacze mają praktycznie całkowitą autonomię przebywania na otwartym morzu – mogą choćby przez siedem nie wchodzić do portu. Jedynym ograniczeniem jest wymiana załogi w systemie szychtowym i terminy spożycia produktów. W historii RosAtomFłota zdarzyło się, iż „Arktyka” przez cały rok nie wpływała do portu.

Niezwykła gęstość energetyczna atomu jest tą podstawową zaletą. Lodołamacz zamiast codziennie zużywać dziesiątki ton paliwa, potrzebuje mikroskopijne ilości paliwa nuklearnego liczone w gramach. Tak – tu tony, a tam – gramy, różnice masy – w miliony razy. Widać to jasno, porównując z powszechnym napędem spalinowym (ciężki diesel, kiedyś mazut). Chcąc zastąpić paliwo nuklearne dla reaktora RITM-200, które wystarcza na siedem lat pracy – potrzebne jest 540 tysięcy ton diesla. Ponad pół miliona ton! To 20 tysięcy autocystern! A iż maksymalny załadunek paliwa na statek to 20 tysięcy ton, trzeba to zrobić razem 27 razy, 4 razy w roku zatankować zbiornik lodołamacza do pełna.

Dla statków ważna jest niezależność od przymusu zatankowania, czyli zawinięcia do portu, ale dla lodołamaczy – szczególnie. Dostawa paliwa w pewnych sytuacjach jest bardzo trudna, albo wręcz niemożliwa. Długoletnia praca reaktora, załadowanego raz na 7 lat – jest ogromną przewagą, daje ogromne nowe możliwości.

Naturalna moc rozbicia atomu jest wciąż lepiej wykorzystywana dzięki badaniom naukowców i pracy konstruktorów i inżynierów. Postęp od pierwszych rozwiązań jest ogromny. Przy pierwszym lodołamaczu „Lenin” skonstruowano reaktor OK-150. Praca nad nim wyglądała jak przed-komputerowy druk 3D – pracowano na drewnianej makiecie reaktora, rzeźbiąc elementy, które łatwo było przekształcić i dopasować. Jednak jak zwykle początki były trudne i pełne błędów. Reaktor był mało wydajny, trudny w użyciu, ciężko go było wyremontować, więc po ośmiu latach użytkowania na „Leninie” zamieniono trzy reaktory OK-150 na dwa OK-900.

Jednak choćby tak nieudany model pokazywał moc energii nuklearnej. Moc statku wynosiła 44 tysiące koni mechanicznych, co ponad 3-krotnie przewyższało moce najnowszych parowców amerykańskich klasy Wind, które trafiły do ZSRR w ramach Land-Lease.

Na lodołamaczu „Arktyka” pracują dwa bloki najmocniejszych reaktorów RITM-200, o mocy 175 MW każdy. Znacząco je dopracowano, przechodząc z koncepcji blokowej, gdzie elementy całego systemu energetycznego były oddzielone – do modelu zintegrowanego. W nim generatory pary umieszczone są wewnątrz korpusu reaktora. Na dodatek zwiększono możliwość manewrowania mocą, co przy przerywanej, rwanej wręcz pracy lodołamacza jest elementem krytycznym.

Ciąg dalszy… w następnym numerze…

Andrzej Szczęśniak

Myśl Polska, nr 27-28 (2-9.07.2023)