Армейская программа ядерной энергетики ( ANPP ) была программой армии США по разработке малых ядерных энергетических реакторов с водой под давлением и кипящей водой для выработки электроэнергии и энергии для обогрева помещений, в первую очередь, на удаленных, относительно недоступных объектах. ANPP имела несколько достижений, но в конечном итоге она считалась «решением в поисках проблемы». Группа инженеров-реакторов армии США руководила этой программой, и ее штаб-квартира находилась в Форт-Белвуаре , штат Вирджиния . Программа началась в 1954 году как армейское реакторное отделение и фактически завершилась примерно к 1977 году, когда последний класс операторов АЭС закончил обучение в 1977 году. Работа продолжалась некоторое время после этого либо по выводу установок из эксплуатации, либо по их размещению в SAFSTOR (долгосрочное хранение и мониторинг перед выводом из эксплуатации) . Текущая [ когда? ] разработка малых модульных реакторов привела к возобновлению интереса к их военному применению. [1] [2] [3]
Фон
Интерес к возможному применению ядерной энергии для нужд сухопутных войск появился еще в 1952 году. Меморандум министра обороны от 10 февраля 1954 года возложил на армию ответственность за «разработку атомных электростанций для снабжения теплом и электричеством отдаленных и относительно недоступных военных объектов». Министр армии учредил армейскую программу ядерной энергетики и поручил ее Инженерному корпусу . [4]
Закон об атомной энергии 1954 года возложил на Комиссию по атомной энергии (AEC) ответственность за НИОКР в ядерной области, так что ANPP затем стала совместной межведомственной «деятельностью» Министерства армии (DA) и AEC. Когда Закон об атомной энергии был пересмотрен в 1954 году, пункт 91b уполномочил Министерство обороны получать специальные ядерные материалы для использования на оборонных объектах. Основное внимание в армейской программе по атомной энергии уделялось объектам производства энергии, в то время как программа по военно-морским реакторам была сосредоточена на ядерных двигателях для подводных лодок и кораблей. 9 апреля 1954 года начальник инженеров создал Группу инженеров по реакторам армии США для выполнения задач, поставленных DA. По сути, эти задачи заключались в следующем: [4]
проводить НИОКР совместно с AEC по разработке атомных электростанций;
оказывать техническую поддержку другим агентствам по мере необходимости;
разрабатывать программы использования ядерных реакторов в военных целях.
В документе Министерства армии США «Одобренная цель качественной разработки материальной части для атомных электростанций» от 7 января 1965 года для программы были сформулированы следующие цели: [4]
Сокращение или устранение зависимости от источников [ископаемого] топлива.
Сокращение или устранение логистической нагрузки, необходимой для поддержки традиционных электростанций.
Надежная работа.
Редкая заправка и техническое обслуживание.
Сокращение численности экипажа с конечной целью обеспечения автономной работы.
Транспортабельность, мобильность и время реакции, соответствующие миссии или поддерживаемому оборудованию.
Повышение экономической эффективности.
В конечном итоге AEC пришла к выводу, что вероятность достижения целей армейской ядерной энергетической программы своевременно и по разумной цене недостаточно высока, чтобы оправдать продолжение финансирования ее части проектов по разработке малых, стационарных и мобильных реакторов. Сокращение военного финансирования долгосрочных исследований и разработок из-за войны во Вьетнаме привело к тому, что AEC в 1966 году прекратила поддержку программы. Расходы на разработку и производство компактных атомных электростанций были настолько высоки, что их можно было оправдать, только если реактор обладал уникальными возможностями и соответствовал четко определенной цели, поддержанной Министерством обороны. После этого участие армии в исследованиях и разработках атомных электростанций неуклонно снижалось и в конечном итоге прекратилось вовсе. [5]
Список растений
Было построено восемь установок. Из-за требования к небольшому физическому размеру все эти реакторы, кроме MH-1A, использовали высокообогащенный уран ( ВОУ ). MH-1A имел больше места для работы и большую грузоподъемность, поэтому это был реактор с низким обогащением; т. е. более крупный и тяжелый. MH-1A недолго рассматривался для использования во Вьетнаме, но идея чего-либо ядерного во Вьетнаме была быстро отвергнута Государственным департаментом. [4]
Станции перечислены в порядке их начальной критичности. Смотрите галерею фотографий в следующем разделе. Источники этих данных включают единственную известную книгу о ANPP, написанную Suid, [6] и документ DOE. [7]
SM-1 Ft. Belvoir Вирджиния
SM-1 : 2 МВт электроэнергии. Форт-Белвуар , Вирджиния, начальная критичность 8 апреля 1957 г. (за несколько месяцев до реактора Шиппингпорта ) и первая атомная электростанция США , подключенная к электросети. Использовалась в основном для обучения и испытаний, а не для выработки электроэнергии для Форт-Белвуар. Станция была спроектирована компанией American Locomotive Company (переименованной в ALCO Products в 1955 г.) и стала первым реактором, разработанным в рамках армейской программы по ядерной энергетике. См. галерею изображений SM-1 ниже. Эта станция была трехвидовым учебным центром, причем и ВМС США, и ВВС отправляли персонал для обучения на береговые объекты (у ВМС была другая отдельная программа для корабельной ядерной энергетики, которая все еще действует). SM-1 и связанные с ней учебные объекты в Форт-Белвуар были единственным учебным центром для береговых военных электростанций. Станция охлаждала свои конденсаторы, используя воды реки Потомак. В течение первых 10 лет своей работы SM-1 неосознанно сбрасывал тритий в воды Чесапикского залива, пока не был разработан детектор Packard Tri-Carb, который стал первой детекторной системой, способной обнаруживать низкоэнергетический бета-распад трития. Приборы в SM-1 предшествовали разработке твердотельных устройств и использовали вакуумные трубки.
SL-1 NRTS, Айдахо
SL-1 : кипящий реактор , 200 кВт электрическая, 400 кВт тепловая для отопления, Национальная испытательная станция реакторов , Айдахо. Первоначальная критичность 11 августа 1958 года. SL-1 был разработан Аргоннской национальной лабораторией для получения опыта в эксплуатации кипящего реактора, разработки эксплуатационных характеристик, обучения военных расчетов и испытания компонентов. Компания Combustion Engineering получила контракт от AEC на эксплуатацию SL-1 и, в свою очередь, наняла военную рабочую бригаду армии для продолжения эксплуатации станции. Этот BWR был специально разработан для питания станций линии DEW .
3 января 1961 года реактор готовился к перезапуску после одиннадцатидневного простоя из-за праздников. Проводились процедуры технического обслуживания, которые требовали ручного извлечения главного центрального стержня управления на несколько дюймов для повторного подключения его к приводному механизму; в 9:01 вечера этот стержень был внезапно выведен слишком далеко, в результате чего SL-1 мгновенно перешел в режим быстрой критичности . Через четыре миллисекунды тепло, вырабатываемое в результате огромного скачка мощности , привело к взрывному испарению топлива в активной зоне. Ядерная реакция деления напрямую нагревала воду, в результате чего большое ее количество превращалось в пар. Плавящийся алюминий реагировал с водой, образуя водород. Взрывающиеся топливные пластины, бурная реакция металла с водой и расширяющийся водяной пар давили вверх на воду над активной зоной, посылая волну давления, которая ударила в верхнюю часть корпуса реактора. Сила ударила по крышке корпуса реактора, заставляя воду и пар распыляться из верхней части корпуса. Эта экстремальная форма гидравлического удара подняла верхнюю защитную крышку, остатки топливных пластин, пять свободных заглушек щита, фланец сопла и весь корпус реактора вверх. Более позднее расследование пришло к выводу, что 26 000-фунтовое (12 000 кг) судно подпрыгнуло на 9 футов 1 дюйм (2,77 м) в воздух, прежде чем удариться о приводной вал мостового крана. Судно вернулось в исходное положение, оставив мало доказательств этого, кроме разбросанных обломков. [8] [9] Брызги воды и пара сбили двух операторов на пол, убив одного и тяжело ранив другого. Одна из свободных заглушек щита наверху корпуса реактора пронзила третьего мужчину через пах и вышла из плеча, прижав его к потолку. [9] Жертвами стали армейские специалисты Джон А. Бирнс (27 лет) и Ричард Лерой МакКинли (22 года), а также электрик первого класса (CE1) ВМС США Ричард К. Легг (26 лет). [10]
Позже было установлено, что Бирнс (оператор реактора) поднял стержень и вызвал взрыв, Легг (начальник смены) стоял наверху корпуса реактора и был пронзен и прижат к потолку, а Мак-Кинли, стажер, стоявший рядом, был позже найден спасателями живым. Все трое мужчин скончались от физических травм; радиация от ядерного взрыва не дала бы мужчинам никаких шансов на выживание.
Это был единственный фатальный инцидент на ядерном реакторе США, который разрушил реактор. Этот инцидент имел важное значение в развитии коммерческой энергетики, поскольку будущие конструкции предотвращали критичность активной зоны при удалении одного стержня.
PM-2A: 2 МВт электроэнергии, плюс отопление. Кэмп Сенчури , Гренландия. [11] Первоначальная критичность 3 октября 1960 года. Первый «переносной» ядерный энергетический реактор. Привезен в Гренландию по частям, собран, эксплуатируется, разбирается, отправляется обратно в США. [12] PM-2A в Кэмп Сенчури был разработан American Locomotive Company для демонстрации возможности сборки атомной электростанции из готовых компонентов в отдаленном арктическом месте. PM-2A работал при обогащении урана-235 93 процента. [13]
В 1961 году после взрыва завода SL-1 генерал Элвин Людеке , генеральный директор AEC, временно запретил запуск PM-2A до тех пор, пока не будет установлена блокировка на центральном стержне управления. Хотя блокировка могла управляться персоналом, генерал Людеке должен был быть уведомлен первым. [14] PM-2A был единственным реактором, помимо SL-1, который имел центральный стержень управления, который мог запустить реактор самостоятельно.
Мы дали четкие указания 8 января, что этот реактор, который был остановлен в то время, не будет запущен, пока мы не рассмотрим ситуацию. Нам было необходимо дать указания по модификации механизмов PM-2A так, чтобы ни один стержень не мог быть поднят до точки, где критичность могла бы возникнуть автоматически. [14]
PM-2A успешно обеспечивал энергией Camp Century в течение трех лет. Сосуд под давлением также использовался для исследования нейтронного охрупчивания углеродистой стали. Этот завод был закрыт в 1963–1964 годах. Однако, несмотря на успехи реактора, проект Iceworm так и не был реализован, а Camp Century был позже заброшен.
ML-1 : первая газовая турбина замкнутого цикла. Первоначальная критичность была 30 марта 1961 года. Разработана для 300 кВт, но достигла только 140 кВт. Эксплуатировалась всего несколько сотен часов испытаний. ML-1 была разработана Aerojet General Corporation для испытания интегрированного реакторного пакета, который можно было перевозить на военных полуприцепах, железнодорожных платформах и баржах. Этот реактор был остановлен в 1965 году.
PM-1: 1,25 МВт электроэнергии, плюс отопление. Станция ВВС Санденс , Вайоминг. Этот реактор с водой под давлением, принадлежащий ВВС, использовался для питания радиолокационной станции. Первоначальная критичность была достигнута 25 февраля 1962 года. PM-1 был разработан компанией Martin Company и обеспечивал электроэнергией 731-ю радиолокационную эскадрилью Североамериканского командования ПВО (NORAD). Этот завод был закрыт в 1968 году. PM-1 работал на обогащении урана-235 93 процента. [15]
Станция PM-3A Мак-Мердо, Антарктида
PM-3A: 1,75 МВт электроэнергии, плюс отопление и опреснение. Станция Мак-Мердо , Антарктида. [16] Принадлежит ВМС. Первоначальная критичность 3 марта 1962 г., выведен из эксплуатации в 1972 г. PM-3A, расположенный в заливе Мак-Мердо, Антарктида, был разработан компанией Martin Company для обеспечения электроэнергией и паровым отоплением военно-морского авиационного комплекса в заливе Мак-Мердо. PM-3A работал на уране-235 с обогащением 93 процента.
PM-3A (Portable, Medium-power, 3rd generation) — это установка, установленная для обеспечения электроэнергией базы Мак-Мердо в Антарктиде. В 1970–1971 годах она достигла мирового рекорда мощности. Это была одна из первых береговых электростанций, использующих твердотельное оборудование. PM-3A не эксплуатировалась армией, а находилась в ведении NAVFAC (Naval Facilities Engineering Command), берегового энергетического подразделения ВМС США. Хотя большинство персонала были военнослужащими ВМС, PM-3A была трехвидовой базой. В 1970–1971 годах в составе экипажа находились сержант армии и сержант ВВС. Установка охлаждалась воздухом с конденсаторами и вентиляторными блоками, работающими на гликоле. Отходящее тепло также использовалось для опреснения с использованием вакуумной флэш-дистилляции. Реактор располагался в заглубленных в землю резервуарах.
Завод пострадал от множества проблем, включая пожар и утечку охлаждающей жидкости. Он был закрыт в сентябре 1972 года. [17] [18] После вывода из эксплуатации завод был разрезан на части и перевезен в США для захоронения. Почва вокруг резервуаров стала радиоактивной, поэтому ее также удалили и перевезли на военно-морскую базу Порт-Хьюнем, Калифорния, где ее включили в асфальтовое покрытие.
SM-1A Форт Грили, Аляска
SM-1A: 2 МВт электроэнергии, плюс отопление. Форт-Грили, Аляска . Первоначальная критичность 13 марта 1962 года. SM-1A в Форт-Грили, Аляска, был спроектирован ALCO Products и стал первым полевым объектом, разработанным в рамках армейской программы по ядерной энергетике. Этот объект был выбран для разработки методов строительства в отдаленном арктическом месте и изучения его экономики по сравнению с системами на топливе в отдаленном районе. Этот завод был закрыт в 1972 году. SM-1A работал при обогащении урана-235 93 процента. В 2022 году Инженерный корпус армии заключил контракт на первый этап вывода из эксплуатации и демонтажа SM-1A, [19] но после апелляции по контракту он был передан другому подрядчику в 2023 году. Общая стоимость вывода из эксплуатации оценивалась в 243 миллиона долларов. [20]
MH-1A Power Barge Sturgis, Gunston Cove, Ft. Belvoir,Симулятор диспетчерской MH-1A
MH-1A : 10 МВт электроэнергии, плюс подача пресной воды на соседнюю базу. Установлен на Sturgis , барже (без пропульсивных систем), переоборудованной из судна Liberty , и пришвартованной в зоне Панамского канала . Первоначальная критичность в Ft. Belvoir (в Gunston Cove, у реки Потомак), 24 января 1967 года. Это была последняя из восьми установок, которая окончательно прекратила работу. MH-1A была разработана Martin Marietta Corporation. Она оставалась пришвартованной в озере Гатун в Панамском канале с 1968 по 1977 год, когда ее отбуксировали обратно в Ft. Belvoir для вывода из эксплуатации. Этот реактор использовал низкообогащенный уран (НОУ) в диапазоне от 4 до 7 процентов. В 1978 году она была переведена в резервный флот James River для SAFSTOR . MH-1A имел сложный аналогово-компьютерный симулятор, установленный в учебном отделении USAERG, Ft. Belvoir. Симулятор MH-1A был получен Центром ядерных исследований Мемфисского государственного университета в начале 1980-х годов, но так и не был восстановлен или возвращен в эксплуатацию. Его демонтаж был завершен в марте 2019 года. [21]
MM-1: ~2,5 МВт электрическая, концептуализирован, но так и не построен. Задуман как «военный компактный реактор». Реактор с жидкометаллическим охлаждением, установленный на грузовике, с более коротким временем запуска и остановки. Не требует экранирования Земли или зон отчуждения для защиты операторов от радиации. С его активной зоной реактора, содержащей энергетический эквивалент более 8 миллионов фунтов бензина . Предполагалось иметь более высокую плотность мощности; его выходная мощность впервые означала, что силовая установка будет весить меньше, чем дизельный генератор сопоставимой мощности. Первоначально предназначалась для питания баз и полевых операций, но затем программа была перенесена в «Концепцию энергетического склада» армии для исследования производства синтетического топлива. Реактор и связанные с ним прицепы будут производить жидкое топливо для танков, грузовиков, бронетранспортеров и самолетов и радикально сокращать уязвимую цепочку поставок нефтепродуктов. Сопутствующие прицепы будут использовать процессы химической конверсии для преобразования отходящей тепловой энергии реактора в полезное топливо с использованием элементов, повсеместно встречающихся в воздухе и воде ( водород , кислород , азот и углерод ), потенциально производя метанол , жидкий водород и/или аммиак .
Ключ к кодам:
Первая буква: С – стационарный, М – мобильный, П – переносной.
Вторая буква: H – высокая мощность, M – средняя мощность, L – низкая мощность.
Цифра: Порядковый номер.
Третья буква: A обозначает установку в полевых условиях.
Из восьми построенных, шесть производили эксплуатационно полезную мощность в течение длительного периода. Многие из конструкций были основаны на реакторах ВМС США , которые были проверенными компактными конструкциями реакторов. [ необходима цитата ]
Хронология
СМ-1
СМ-1А
СЛ-1
ПМ-1
ПМ-2А
ПМ-3А
МХ-1А
МЛ-1
│
1954
│
1955
│
1956
│
1957
│
1958
│
1959
│
1960
│
1961
│
1962
│
1963
│
1964
│
1965
│
1966
│
1967
│
1968
│
1969
│
1970
│
1971
│
1972
│
1973
│
1974
│
1975
Начальная критичность до отключения (приблизительная)
Значительные достижения
Ссылки на этот список включают документ Министерства энергетики США [7] , книгу Suid [6] и Информационную книгу [4] .
Детальные проекты реакторов с водой под давлением и кипящих реакторов, а также реакторов с газовым и жидкометаллическим охлаждением.
Первая атомная электростанция с защитной оболочкой (СМ-1)
Первое применение нержавеющей стали для оболочки тепловыделяющего элемента (СМ-1)
Первая атомная электростанция в США, поставляющая электроэнергию в коммерческую сеть (SM-1)
Первый отжиг корпуса реактора на месте с использованием ядерного источника тепла в США (SM-1A)
Первая замена парогенератора в США (SM-1A)
Первая защитная оболочка с подавлением давления (SM-1A)
Первая действующая электростанция с кипящим реактором (SL-1)
Первая портативная, предварительно собранная, модульная атомная электростанция, готовая к установке, эксплуатации и демонтажу (PM-2A)
Первое использование ядерной энергии для опреснения воды (ПМ-3А)
Первая наземная мобильная атомная электростанция (МЛ-1)
Первый ядерный газотурбинный цикл замкнутого цикла (Брейтона) (ML-1)
Первая плавучая (баржевая) атомная электростанция (МХ-1А)
Обучение операторов атомных электростанций
Курс оператора атомной электростанции (NPPOC) проводился в Форт-Белвуаре. Кандидатами на участие в программе были военнослужащие, которые должны были прослужить не менее двух лет после завершения обучения. Требования для поступления в NPPOC включали результаты тестов на профпригодность, по крайней мере, такие же строгие, как и те, которые требуются для поступления в Школу кандидатов в офицеры. [22] Более 1000 операторов атомной электростанции получили лицензии в период с 1958 по 1977 год. NPPOC был интенсивным и академически сложным годичным курсом. [23]
Проект Пеле , аналогичный проект США в 2020-х годах
Ссылки
^ Пфеффер, Роберт А.; Мейкон, Уильям А. (сентябрь–октябрь 2001 г.). «Ядерная энергетика: вариант будущего армии». Army Logistician . 33 (5). Архивировано из оригинала 2009-02-05 . Получено 2017-09-18 .
^ Тракимавичюс, Лукас. «Действительно ли малое прекрасно? Будущая роль малых модульных ядерных реакторов (ММР) в армии» (PDF) . Центр передового опыта по энергетической безопасности НАТО . Архивировано из оригинала (PDF) 2022-07-31 . Получено 2020-12-05 .
^ Полковник Пол Э. Роудж - Может ли ядерная энергия заполнить критические пробелы в военном энергетическом портфеле? @ TEAC3 - YouTube
^ abcde Армейская программа ядерной энергетики: прошлое, настоящее, будущее . Информационный документ, подготовленный и представленный Специальной исследовательской группе Научно-консультативной группы армии, 10–11 февраля 1969 г.
↑ Пфеффер, Мейкон, Ядерная энергетика: вариант будущего армии , Army Logistician, PB 700-01-5, том 33, выпуск 5, сентябрь/октябрь 2001 г., извлечено из [1] Архивировано 2009-02-05 на Wayback Machine 30 января 2009 г.
^ ab Suid, LH, Армейская программа ядерной энергетики: эволюция агентства поддержки , Гринвуд (1990), ISBN 978-0-313-27226-4
^ ab Office of the Deputy Administrator for Defense Programs (январь 2001 г.), Highly Enriched Uranium: Striking A Balance - A Historical Report On The United States Highly Enriched Uranium Production, Acquisition, And Utilization Activities From 1945 Through September 30, 1996 (редакция 1 (отредактировано для публичного выпуска)), Министерство энергетики США, Национальное управление по ядерной безопасности , получено 13 июня 2009 г.
^ Стейси, Сьюзен М. (2000). Доказательство принципа - История Национальной инженерной и экологической лаборатории Айдахо, 1949-1999 (PDF) . Министерство энергетики США, Управление по операциям в Айдахо. Глава 15. ISBN0-16-059185-6. Архивировано из оригинала (PDF) 2011-08-07.
^ ab IDO-19311 Заключительный отчет об операции по восстановлению SL-1, испытательная станция в Айдахо, корпорация General Electric, 27 июля 1962 г.
^ "Эксперты по ядерной энергии расследуют фатальный взрыв реактора". Times Daily . 5 января 1961 г. Получено 30 июля 2010 г.
^ "PM-2A Nuclear Plant Sets Continuous Power Record" (PDF) . Army Research and Development Magazine . Vol. 4, no. 4. Штаб-квартира, Департамент армии. Апрель 1963 г. стр. 26. Архивировано из оригинала (PDF) 19 октября 2012 г. . Получено 30 сентября 2013 г.{{cite magazine}}: CS1 maint: date and year (link)
^ ПМ-2А
^ Миронов, Н.; Костогаров С.; Мамедов А.М.; Лоханин Г.Н.; Синицын В.И.; Лоханин Г.Н.; Синицын, В.И. (1961). «Новости науки и техники». Советский журнал атомной энергии . 9 (4): 873–887. дои : 10.1007/BF01832133. S2CID 189794486.
^ ab Слушания по радиационной безопасности и регулированию, Объединенный комитет по атомной энергии, Конгресс США, 12–15 июня 1961 г., включая отчет Комиссии по расследованию аварии SL-1, Объединенный комитет по атомной энергии Конгресса США, Первая сессия по радиационной безопасности и регулированию, Вашингтон, округ Колумбия, см. стр. 185.
^ ХАРАКТЕРИСТИКИ PM-1 (SUNDANCE)
^ Страницы осведомленности об окружающей среде Антарктики
^ "PM-3A Design and Construction". Adams Atomic Engines, Inc. Октябрь 1996 г. Архивировано из оригинала 2 декабря 1998 г. Получено 2 января 2020 г.
^ Шпиндлер, Билл. «Страницы осведомленности об окружающей среде Антарктики». Станция Амундсен-Скотт на Южном полюсе . Получено 2 января 2020 г.
^ "Westinghouse выведет из эксплуатации прототип американского реактора". World Nuclear News. 5 августа 2022 г. Получено 7 августа 2022 г.
^ "Демонтаж законсервированной Аляскинской атомной электростанции возобновится". Nuclear Engineering International. 30 августа 2023 г. Получено 4 сентября 2023 г.
^ "Плавучая атомная электростанция Sturgis демонтирована". The Maritime Executive . 16 марта 2019 г. Получено 9 марта 2021 г.
История лагеря «Camp Century», «Город подо льдом», фильм AEC 1961 года о PM-2A
MH-1A: Плавучая атомная электростанция, STURGIS: Отчет о строительстве
Виртуальная выставка «Программа ядерной энергетики армии США, 1954–1976 гг.» в Инженерном корпусе армии США
Краткое изложение ANPP.
Статья армейского логиста
Концепция энергетического склада SAE SP-263, Общество инженеров-автомобилестроителей
Документальный фильм армии США, показывающий строительство лагеря Century (Гренландия) и отгрузку и строительство PM-2A, размещенный DocumentaryTube.net. Прибытие происходит в 16:11 в 27-минутном фильме.
