Plavidla na jaderný pohon: Ponorky

Velká část moderních technologií, se kterými se setkáváme v běžném životě, byla vyvinuta původně pro vojenské účely. Je tomu tak i v případě jaderných reaktorů, které jsou srdcem atomových elektráren, a v současnosti stojí za 11 % světové produkce elektřiny. Tento bezemisní zdroj měl na počátku svého vývoje nahradit tehdejší pohony ponorek a bitevních lodí.

Jaderný zdroj je pro tento účel ideální. Dokáže zajistit provoz velkých oceánských plavidel na dlouhou dobu bez potřeby výměny paliva. V současnosti je v provozu více než 180 malých jaderných reaktorů, které pohání přes 140 lodí. Do letošního roku mají lodní reaktory za sebou úctyhodných 12 000 reaktorových let v námořním provozu. Většina těchto reaktorů je umístěna uvnitř ponorek, jejich využití sahá od ledoborců po letadlové lodě.

V budoucnosti možná jaderný pohon najde širší využití v námořní dopravě, která je v současnosti závislá na fosilních palivech. Záleží však, zda tyto plány nepřekazí obavy z využívání jaderného štěpení a s nimi spojená politická rozhodnutí.

První atomová ponorka

Práce na prvním plavidle poháněném jaderným štěpením začaly ve 40. letech minulého století a první zkušební jaderný reaktor byl spuštěn v roce 1953 v USA (1. výzkumný reaktor CP-1 byl spuštěn roku 1942). Následně v roce 1955 vyplula na moře první jaderná ponorka USS Nautilus.

Jednalo se o přelomový moment v historii ponorkové přepravy. Z pomalých podmořských plavidel se rázem staly válečné hrozby s rychlostí 20-25 uzlů (cca 37-46 km/h), kterou navíc byly schopny konstantně plout několik týdnů. Začlenění těchto pohonů, které fungovaly s vysokým výkonem téměř bez vlivu okolních podmínek a bez potřeby vzduchu, znamenalo začátek zlatého věku ponorek.

Ponorka Nautilus vedla k souběžnému vývoji budoucích ponorek řady Skate, poháněné jedním tlakovodním reaktorem, a roku 1960 i velké letadlové lodi USS Enterprise, která měla ve výbavě dokonce osm tlakovodních reaktorů od firmy Westinghouse. Následoval křižník USS Long Beach v roce 1961, který využíval síly dvou reaktorů tehdejšího typu. Pozoruhodné je, že letadlová loď USS Enterprise zůstala v provozu až do roku 2012 (52 let).

V roce 1962 již mělo americké námořnictvo k dispozici 26 akceschopných jaderných ponorek a dalších 30 bylo ve výrobě. Jaderný pohon tak způsobil revoluci námořnictva.

Šíření jaderných technologií

Američané se o tuto technologii podělili s Velkou Británií. Francie, Rusko a Čína pracovali na vývoji jaderných zařízení sami. V případě Číny byla situace o něco složitější. Ta získala základy jaderné technologie na konci 50. let minulého století od Sovětského svazu, a přestože byla spolupráce na popud Nikity Chruščova ukončena, pokračovala Čína dál ve vývoji a roku 1964 provedla svůj první jaderný test.

Po řadě plavidel třídy Skate pokračovalo USA ve vývoji standardizovaného modulu reaktoru pro pohon námořních plavidel. Na vývoji se podílely firmy Westinghouse a GE. V Anglii reaktory založené na americké koncepci vyvíjela pro královské námořnictvo firma Rolls Royce. Výsledným typem byl reaktor PWR-2.

Rusko se zaměřilo kromě tlakovodních reaktorů pro pohon ponorek i na reaktory chlazené směsí olovo-bismut. Druhý koncept se do dnešní doby v těchto plavidlech nezachoval, přesto se jednalo o velmi zajímavou myšlenku s řadou výhod. Ruské tlakovodní reaktory pro námořní plavidla prošly doposud čtyřmi generacemi. Poslední generace byla uvedena do provozu roku 1995 ve třídě Severodvinsk.

Největší ponorky váží na hladině 26 500 tun (pod hladinou 34 000 tun). Jedná se o ruskou třídu ponorek Typhoon, které pohání dva reaktory PWR (VVER) s výkonem 190 MWt. Jejich nástupcem je třída Oscar-II (např. Kursk), která na hladině váží 24 000 tun.

O konkrétních typech ponorek a použitých reaktorech, stejně jako o příčinách zastavení vývoje reaktorů chlazených směsí olova a bismutu bude psáno v některém z následujících dílů.

Bezpečnost provozu americké jaderné námořní dopravy je výborná. Velký podíl na tom má vysoká úroveň standardizace v provozu a údržbě reaktorů, a skvělý program školení obsluhy. To samé se však nedá říct o počátcích sovětských jaderných ponorek. Jejich snahy vyústily v několik vážných havárií. Pět reaktorů bylo nenávratně poškozeno a je známo více než dvacet významných úniků radioaktivních látek do životního prostředí. Teprve třetí generace ponorkových reaktorů (z let 1976-2003) kladla důraz na bezpečnost a spolehlivost. Kromě poruch na ponorkových reaktorech byly požáry a nehody příčinou ztráty dvou amerických a čtyř sovětských ponorek. Další čtyři požáry byly příčinou ztráty na životech.

Pozn. autora: Velkým odborníkem, který se značnou měrou podílel na vývoji superrychlých ruských ponorek je profesor Georgij Tošinskij. Na jedné ze svých přednášek hovořil o zlatém věku ruských ponorek, kdy jejich plavidla dokázala doslova ujet americkým torpédům. Zajímavý byl i tehdejší způsob „likvidace“ ponorek s poškozeným reaktorem. Do takové ponorky se na správná místa umístily výbušniny a ponorka se jednoduše potopila. Jsou prý známé i případy, kdy se ponoření stometrové ponorky úplně nezdařilo a zadní část zůstala „trčet“ nad hladinou.

Nehody ruských ponorek

Při havárii ponorky K-19 na otevřeném moři v roce 1961 došlo kvůli nehodě na chladícím systému první generace ponorkových reaktorů VVER k úmrtí 8 členů posádky na akutní nemoci z ozáření (předpokládané dávky se u obětí pohybovaly mezi 7,5 až 54 Sv, přičemž jednorázová celotělová smrtelná dávka pro člověka vážícího 75 kg je přibližně 5 Sv).

Havárie ponorky K-27 roku 1968 byla také zapříčiněna nehodou na chlazení, v tomto případě se jednalo o experimentální reaktor chlazený směsí olovo-bismut. Havárie měla na svědomí 9 členů posádky, kteří zemřeli na akutní nemoc z ozáření. Ostatní členové posádky byli vystaveni značným dávkám ionizujícího záření.

V roce 1985 způsobila velká parní exploze při výměně paliva na ponorce K-431 v přístavu Vladivostok smrt 10 pracovníků údržby. Přitom bylo uvolněno více než 200 PBq štěpných produktů (Fukušima 900 PBq, Černobyl 5 200 PBq), které způsobily vysokou radiační expozici dalších 50 pracovníků, z nichž 10 utrpělo akutní nemoc z ozáření.