自走式核反应堆——创意永不消亡
车轮上的 NPP ML-1 移动电源系统。 来源：wikipedia.org
美国经验
手头有一个小型核反应堆的想法从各方面来说都是好的。 这样的装置每年需要一次或更少的燃料供应，没有有毒排放物，为设施组织并行供热没有特别的问题。 紧凑型和最重要的是移动式核电站的多功能性将使该设备用于民用目的成为可能，例如，为远北地区的轮班工人提供服务。 对操作人员资质的高要求和对事故可能后果的担忧，成为小型核电站广泛分布的制约因素。 在切尔诺贝利和福岛之后，即使是固定式核反应堆也会引起公众的恐惧，但这里是轮式和履带式车辆。 然而，进步是无法停止的，紧凑型核电站迟早会在民用和军事领域占据一席之地。 而且，在上个世纪中叶，这方面已经积累了相当多的经验。
传统上，全球核工业的主要参与者是俄罗斯和美国。 让我们从美国为满足军事需要建造小型核反应堆的经验说起。 五角大楼拥有世界上最广泛的军事基地网络，希望建立一种通用能源，以确保设施的高度自治。
第一个是 ML-1 移动电源系统，于 1961-1965 年开发和测试。 当时的想法是建造一个小型核反应堆，不仅可以为基地提供热能和电力，还可以跟随部队。 工程师们试图建造一个独特的反应堆，其中惰性氮气负责从燃料棒（TVEL - 燃料元件）传递热量。 即使现在看来，这也是一个不平凡的决定，但在 60 年代，这似乎风险极大。
反应堆堆芯气体冷却的想法并不新鲜，早在 1956 年就在英国的考尔德霍尔实验核电站首次实施。 冷却剂是压力为 7,8 个大气压的二氧化碳，在核心出口处加热到 345 摄氏度。 与任何经典方案的反应堆一样，过热气体被送到蒸汽发生器，在那里它将能量转移到液态水，然后再转移到发电机涡轮。 在一定程度上，二氧化碳在反应堆中是有益的。 一旦石墨棒的温度接近 500 度，CO2 与他们发生化学反应。 因此，有必要同时限制核电站的功率和效率。 出于同样的原因，氢气未被用作主要冷却剂 - 在 700 度以上的温度下，碳氢化合物会在石墨棒的表面形成。
一种昂贵的替代品是惰性气体氦气，它可以让您将热区的温度加速到 1000 度或更高。 但是很难从氢气、一氧化碳和二氧化碳等有害杂质中获取和纯化它们，这些物质无法在这样的温度下工作。 1966 年，美国的 Peach Bottom 出现了第一座以氦气作为冷却气体的核电站。
尝试使用氮气冷却移动 ML-1 中的反应堆堆芯是可以理解的。 如果发生无法避免的大量泄漏，可以从空气中直接获取初级冷却剂。 为此，需要在套件中包括一个气体液化和净化装置。 在野外，这比摆弄二氧化碳、氦气，甚至氢气更容易做到。
ML-1 测试的存档镜头。 资料来源：youtube.com
但这只是纸上谈兵。 ML-1 的最大问题是氮气在九个大气压下通过封闭系统循环。 同时，在热区入口处，气体温度约为 420-430 度，在出口处升温至 650 度。工程师未能或多或少地确保冷却回路的足够密封性。 安装在燃气轮机后面的能量回收器旨在将过热蒸汽的部分未使用能量传输回气体冷却回路，这使设计变得非常复杂。 这将效率提高了几个百分点，但使设计变得非常复杂。 最后，最后一个复杂问题是水管系统穿过燃料元件束。 该回路中的水是在压力下供应的，不会加热到 120 度以上，并起到反应堆中子减速剂的作用。 整个结构装在四个集装箱中，总重量为 38 吨。 美国人不仅希望用拖车运输 ML-1，还希望用军用运输机 C-130 运输。
紧凑型 AEChS 于 1962 年首次运行，但仅运行了几分钟。 下一次发射发生在 1963 年冬末。 该反应堆总共工作了约 100 小时，但由于存在许多缺陷和缺点，因此被关闭。 水管焊缝开裂，冷却回路高压下氮气不断泄漏，最大功率连200千瓦都不到。 计算值约为 300 kW。 经过重大修改后，ML-1 于 1964 年春季再次发射。 反应堆工作非常不稳定，无法达到所需的功率，需要时刻关注。 但该项目不是因为这个原因而关闭的。 到 60 年代中期，越南战争开始耗尽大部分国防预算，并决定冻结所有非优先项目。 原子能委员会在听证会期间只为完成工作和保护项目分配资金。 如果有足够的资金，美国人很可能会想到这个项目 - 有可能对这个概念进行彻底的重组。
苏联的经验
与美国人不同，第一个国产自行式核反应堆结果要成功得多。 它的名称为 TES-1，是世界上第一座移动式核电站。 该综合体根本没有起到航空运输的作用，也没有这样的任务。 TPP-1 的创建是为了向偏远的平民住区和军事设施供电。 假设该综合体的四个履带平台将通过铁路交付，并且它们将自行到达部署地点。 1957 年，创建移动式核反应堆的想法诞生于奥布宁斯克物理与动力工程研究所，当时该研究所的加密名称为“Laboratory V”。 总共至少有 130 个专门结构与该项目相关，从国防部研究所开始，到马车制造厂结束。 如上所述，苏联项目并没有受到重量特征的严重限制，因此被剥夺了冒险的创新。 作为核电站的核心，他们选择了当时经过测试的压水反应堆，其中经过深度净化的水冷却燃料元件，并在输出端通过热交换器将能量转移到带有涡轮机和发电机的回路中. 冷却回路中的水压为 300 个大气压，这使得即使在 20 摄氏度下也能保持液态流动。 同时，蒸汽发生器内的压力不超过280个大气压，过热蒸汽进入涡轮，温度达到XNUMX度。
上图显示了带有涡轮发电机和控制模块的 TES-3 履带式平台的工作位置
结果证明该设计很笨重，并放置在一个沉重的四个细长底盘上 短歌 T-10 - 每侧的负重轮数量从 7 个增加到 10 个。反应堆在一个底盘上，蒸汽发生器在第二个底盘上，带有发电机的涡轮机在第三个底盘上，控制中心在第四个。 自行式核电站的总重量为310吨。 内置生物保护对这种严重程度做出了重大贡献 - 一个 100-190 毫米厚的铅罐，在工作开始时充满了硼酸溶液。 在部署状态下，综合设施的运作由三人轮流控制。 为了 TPP-3 的安全运行，不可能简单地将四辆自行式车辆安装到设施、启动反应堆并连接到网络。 一个重要的要求是在带有反应堆和蒸汽发生器的平台周围建造一个土制城墙或一种 caponier。 当然，反应堆仅在展开位置运行，此时所有四台机器都通过管道和电缆连接。 但是当你需要改变部署地点并且燃料组件还没有冷却时怎么办？ 由于蒸汽发生器在收起位置关闭，水冷套无法工作。 为此，在第一条传送带上提供了一个空气冷却器，用于散发冷却反应器的余热。 乏燃料组件的更换应该使用 25 吨起重机在现场进行。
TPP-3的模型。 资料来源：comfortdrive.ru
TPP-3 在奥布宁斯克世界上第一座固定式核电站的试运行从 1961 年持续到 1965 年，没有引起任何根本性的抱怨。 该机器自信地达到了 1500 kW 的最大设计功率，一个燃料组件的工作时间为 250 天。
80 年代在堪察加半岛测试了带有涡轮发电机的平台。 其余三台 TES-3 机器留在奥布宁斯克
1964年，工业杂志《原子能》对移动式反应堆试运行的初步结果进行了总结：
“TPP-3核电站的建设和运行表明，利用压水堆建造大型可移动站的经验证明是非常成功的。 TPP-3的长期运行证实了该型站的可靠性、良好的可控性和易维护性。 与此同时，TPP-3 的运行表明它有进一步改进的机会，特别是更完整的自动化，将活动持续时间增加到 2-3 年，向自然循环过渡反应堆冷却时的冷却剂等。”
信息