La propulsión naval nuclear o la propulsión nuclear marítima es un tipo de propulsión de buques , submarinos y embarcaciones de superficie, que en este caso están provistas de uno o más reactores nucleares que producen calor en vapor para hacer girar una turbina o conjunto eléctrico.
La tecnología estadounidense fue la primera en tener éxito y se compartió con el Reino Unido .
La URSS y Francia llevaron a cabo desarrollos separados.
La República Federal de Alemania y Japón desarrolló un prototipo de carga únicas ninguna parte.
Luego fue el turno de China , luego recientemente de India , con la ayuda de la URSS.
En la década de 2010, otros dos países tenían programas concretos sujetos a incertidumbres presupuestarias, Argentina y Brasil, y otros los estudiaron, incluida Italia.
El diseño, desarrollo y producción de reactores nucleares para propulsión naval comenzó en la década de 1940 en los Estados Unidos bajo el liderazgo del almirante Hyman Rickover . El primer reactor de prueba se puso en marcha en 1953, y dos años después, en 1955, el primer submarino nuclear , el USS Nautilus (SSN-571) , se puso en marcha. Gran parte del desarrollo del reactor temprana Naval fueron hechos para instalación naval Reactor de Estados Unidos el Nacional de Idaho Laboratorio .
Esto marcó la transición de los submarinos de los lentos edificios submarinos que habían existido hasta entonces y los buques de guerra capaces de mantener una velocidad de crucero de 20/25 nudos mientras permanecían bajo el agua durante muchas semanas.
El éxito del submarino USS Nautilus condujo al desarrollo paralelo de una nueva clase de submarinos estadounidenses, la clase Skate , equipada con un solo reactor, y un crucero , el USS Long Beach (CGN-9) , puesto en servicio en 1961. con dos reactores C1W que fue el 1 er mundo de propulsión nuclear buque de guerra de superficie.
Se le unió el portaaviones USS Enterprise (CVN-65) , equipado con ocho reactores en 1960, puesto en servicio a finales de 1961 y todavía en servicio hasta 2013, con el que formó la Task Force 1 que estaba compuesta íntegramente por buques de propulsión nuclear para la Operación Sea Orbit . Cuando los barcos de la Armada de los Estados Unidos fueron reclasificados en 1975 , los destructores de propulsión nuclear fueron calificados como cruceros.
En 1962, la Marina de los Estados Unidos tenía 26 submarinos operativos y 30 en construcción. Por tanto, la energía nuclear había revolucionado la Armada de los Estados Unidos.
En los Estados Unidos , después de los submarinos estadounidenses de la clase Skate , el desarrollo de reactores continuó y Westinghouse y General Electric construyeron una serie única de modelos estándar , con un reactor de cada fabricante instalado en cada barco de reactor doble.
Rolls Royce construyó modelos similares, luego la Royal Navy desarrolló un modelo más avanzado, el PWR-2 ("Reactor de agua presurizada" 2, Reactor de agua presurizada ).
El sumergible de propulsión nuclear más pequeño, el NR-1 , se construyó a finales de la década de 1960.
Desde la década de 2000, una nueva generación, el reactor A1B ha sido desarrollado para portaaviones que entran en servicio a partir de 2015. Los núcleos de sus reactores nucleares tienen una vida útil igual a la del buque, lo que evitará que sean modificados durante su carrera.
La Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas tuvo el predominio mundial por el número de buques de propulsión nuclear construidos, a saber, unos 250 submarinos, cinco buques de guerra de superficie, incluidos varios cruceros de misiles y ocho rompehielos o aproximadamente 900 reactores.
El rompehielos soviético que Lenin encargó en 1957 fue tanto el primer barco civil de propulsión nuclear como el primer barco de superficie de propulsión nuclear. La construcción de un portaaviones de propulsión nuclear, el Ulyanovsk , comenzó enNoviembre de 1988fue abandonado cuando la URSS se disolvió .
Lanzado en 1952 por Stalin, el proyecto de submarino de propulsión nuclear para la Armada Soviética resultó en la entrada en servicio del submarino de ataque nuclear K 3, Proyecto 627, Clase November para la OTAN, que navegó por primera vez en propulsión nuclear en 1958 y Fue encargado en 1959. Le siguió el SNLE K-19 , del proyecto 658, categoría hotelera para la OTAN, encargado en 1961 y conocido por sus numerosos accidentes.
Los submarinos nucleares más grandes jamás construidos son los rusos de 25.000 toneladas de la clase Typhoon , que entraron en servicio en 1981.
Al no tener uranio enriquecido, Francia lanzó en 1955 un primer proyecto de submarino nuclear con uranio natural y agua pesada, el Q 244. Tuvo que abandonarlo en 1958 debido a problemas técnicos insuperables, una tecnología que nunca se ha podido desarrollar en el mundo de hoy (2020). En 1959, aprovechando las lecciones de este fracaso, Francia puso en marcha el programa destinado a controlar todo el diseño y la construcción de los submarinos de propulsión nuclear que tomaron el nombre de Coelacanth en 1962.
Alrededor de 1960, Estados Unidos proporcionó a Francia una primera carga de uranio enriquecido , con la condición de que estuviera reservado para uso en investigación, para un prototipo: el Prototype à terre (PAT), construido en Cadarache por el departamento. De los muelles de la CEA, que desde entonces se ha convertidomarzo de 2017TechnicAtome . La pila Azur , una maqueta crítica (en un modelo reducido) del PAT, diverge del9 de abril de 1962. El PAT operó en una piscina en Cadarache desde 1964. En 1971, se lanzó Le Redoutable , el primer SNLE francés.
En 1974, el prototipo denominado “CAP” para “ Prototipo avanzado de sala de calderas ” tomó el relevo del PAT y permitió validar un nuevo concepto de reactores nucleares más pequeños, el modelo K48 , destinado a los submarinos de ataque nuclear de la clase Rubis . Fue descontinuado en 1987. Su sucesor de 1989 a 2015 es el Reactor de Nueva Generación (“RNG”). En 2018, el Reactor de Prueba Terrestre (“RES”) a su vez entró en servicio para el desarrollo de los sectores de reactores a bordo.
El SNA Rubis , encargado en 1983, y otros de la misma clase, son los submarinos de ataque nuclear más compactos del mundo.
Se necesitan 55 suboficiales atómicos para cuidar la sala de máquinas del portaaviones Charles de Gaulle y alrededor de 20 para la de los SSBN de la clase Le Triomphant .
Los buques de propulsión nuclear utilizan uno o más reactores nucleares. El calor producido se transmite a un fluido caloportador que se utiliza para generar vapor de agua accionando:
Los reactores nucleares navales son principalmente del tipo de reactor de agua a presión y se diferencian de los reactores comerciales que producen electricidad en que:
Además del agua presurizada, Estados Unidos (línea de sodio) y Rusia (URSS) (línea de plomo-bismuto) han implementado históricamente al menos otras dos líneas de reactores y luego las han abandonado. Las ventajas que presentan en términos de rendimiento (densidad de potencia y energía) no superan la simplicidad de funcionamiento del sistema de agua a presión.
La larga vida del corazón se obtiene por el enriquecimiento relativamente alto de uranio y por la incorporación de un veneno consumible en el corazón que se agota progresivamente a medida que se disuelven y acumulan los productos de fisión y los actínidos minoritarios, lo que reduce la eficiencia del combustible. Los dos efectos se compensan entre sí. Una de las dificultades técnicas es crear un combustible que tolere la gran cantidad de daño por radiación. Se sabe que durante el uso cambian las propiedades del combustible nuclear . Es muy posible que el combustible se rompa y que se formen burbujas de gas de la fisión nuclear .
La integridad a largo plazo de la vasija del reactor de servicio pesado se mantiene mediante la instalación de un escudo de neutrones interno (a diferencia de los primeros diseños de los reactores civiles soviéticos de agua presurizada, donde la fragilización se produce debido al bombardeo de neutrones en una vasija de reactor de servicio pesado. Reactor muy estrecho).
La potencia del reactor alcanza hasta 550 MW en los submarinos y barcos de superficie más grandes. Los submarinos franceses de la clase Rubis tienen un reactor de 48 MW que requiere repostaje cada 7 años.
Las armadas rusa , estadounidense y británica utilizan propulsión por turbinas de vapor, mientras que las marinas francesa y china utilizan las turbinas para generar electricidad para la propulsión (propulsión turboeléctrica). La mayoría de los submarinos rusos, así como la mayoría de los portaaviones estadounidenses desde la clase USS Enterprise (CVN-65) , funcionan con dos reactores (aunque el Enterprise tiene ocho). Los submarinos estadounidenses, británicos, franceses y chinos son propulsados por uno solo.
El desmantelamiento de submarinos de propulsión nuclear se ha convertido en una tarea importante para las armadas de Estados Unidos y Rusia. Una vez que se ha eliminado el combustible, la práctica estadounidense es cortar el compartimiento del reactor del barco y enterrarlo a poca profundidad como desechos radiactivos de bajo nivel. En Rusia, los buques enteros, o los compartimentos sellados de los reactores, normalmente permanecen en almacenamiento flotante, aunque ahora se ha establecido una instalación en tierra para el almacenamiento a largo plazo de 150 compartimentos de reactores en la bahía de Saida, en el extremo norte.julio de 2006.
Esta energía trae:
Las ventajas estratégicas y tácticas de la propulsión nuclear van mucho más allá de las ventajas enumeradas: trasciende las capacidades del edificio. Durante las pruebas del Nautilus y luego del Seawolf , la Armada de los Estados Unidos quedó asombrada por el desempeño táctico de sus dos primeros prototipos de submarinos de ataque nuclear :
"Las primeras pruebas, en Enero de 1955, superan las previsiones más optimistas. El Nautilus escapa fácilmente del grupo del portaaviones antisubmarino que lo rastrea y de los torpedos que se le disparan. Las evaluaciones operativas concluyen que un submarino de ataque nuclear podría destruir ocho barcos de superficie, incluido el portaaviones, antes de ser neutralizado. Entre 1955 y 1957, el Nautilus sufrió más de cinco mil ataques y fue "destruido" sólo tres veces. Sus posibilidades de supervivencia son cien veces mayores que las de un buque convencional. […] Estos notables resultados justifican el abandono inmediato de la construcción de submarinos convencionales, a pesar del triple del costo de un submarino nuclear […].
No obstante, el Seawolf se enfrentará al Nautilus en pruebas destinadas a evaluar el rendimiento de un submarino nuclear contra otro submarino nuclear. Parecen indefensos el uno contra el otro. A alta velocidad, pueden detectarse desde lejos, pero el alcance insuficiente de los torpedos impide el enfrentamiento. A baja velocidad, pueden detectarse a corta distancia, pero pueden escapar antes de que la dirección de lanzamiento del torpedo haya podido calcular una solución de disparo. El riesgo de torpedearse a sí mismo no es cero si el submarino acelera para perseguir a su congénere. "
- J.-M. Mathey y A. Sheldon-Duplaix, Historia de los submarinos; desde los orígenes hasta la actualidad
Se han construido alrededor de 400 barcos de propulsión nuclear en el mundo, abrumadoramente militares, especialmente submarinos , pero también portaaviones y cruceros , y algunos barcos civiles, principalmente rompehielos .
De carga nuclear también se experimentaron en los años sesenta y setenta, pero su uso no ha demostrado ser rentable y estos experimentos se han interrumpido. Se trata de :
Los costes de inversión y explotación (formación de tripulaciones altamente cualificadas, costes salariales y costes de seguros) de la propulsión nuclear sólo la hacen verdaderamente atractiva para uso militar y particularmente para submarinos, así como para rompehielos para los que la energía nuclear es una buena respuesta a los importantes los requisitos de energía combinados con las dificultades de repostar en medio del hielo.
También es necesario tener en cuenta las particulares dificultades de acceso a los puertos vinculados a la propulsión nuclear, cuyos buques se asimilan a los buques que transportan materiales peligrosos (la negativa de Otto Hahn de acceder a determinados puertos le prohibía efectivamente 'asegurar el transporte de mercancías en las líneas más rentables), así como la hostilidad de ciertas opiniones públicas, como la que en Japón obstaculizó el Mutsu .
Los únicos barcos civiles de propulsión nuclear actualmente en servicio en el mundo son los rompehielos de propulsión nuclear rusos operados por Murmansk Shipping Company en el Océano Ártico, especialmente en la Ruta del Mar del Norte .
Derivados directamente de la tecnología de los reactores de propulsión naval, los reactores de barcazas fueron objeto de varios proyectos preliminares en la década de 1960 tanto en los Estados Unidos (Westinghouse) como en otros países, incluida Francia.
La primera planta flotante fue la MH-1A (in) 10 MW construida en 1961 para el Ejército de los Estados Unidos y que sirvió en el área del Canal de Panamá de 1968 a 1975.
Sin embargo, es Rusia la que está despejando el camino. Está muy avanzado con la planta de energía nuclear flotante rusa Akademik Lomonosov para sus territorios del gran Oriente acoplada a la red eléctrica endiciembre de 2019. El modelo cuenta con dos unidades eléctricas de 35 MW basadas en reactores KLT-40 utilizados para algunos rompehielos (con repostaje cada cuatro años). Algunos barcos rusos se utilizaron para suministrar electricidad para uso doméstico e industrial en las ciudades del Gran Oriente y Siberia .
China anunció, en enero 2016, la construcción de tales estructuras en 2020.