المفاعلات البحرية الأمريكية

46°33′54.8″ شمالاً 119°31′09.7″ غرباً / 46.565222° شمالاً 119.519361° غرباً / 46.565222; -119.519361

المفاعلات البحرية الأمريكية هي مفاعلات نووية تستخدمها البحرية الأمريكية على متن سفن معينة لتوليد البخار اللازم لإنتاج الطاقة اللازمة للدفع ، والطاقة الكهربائية ، وإطلاق الطائرات في حاملات الطائرات ، بالإضافة إلى بعض الاستخدامات الثانوية. وتحتوي هذه المفاعلات النووية البحرية على محطة طاقة متكاملة. جميع الغواصات وحاملات الطائرات العملاقة التابعة للبحرية الأمريكية التي دخلت الخدمة منذ عام 1975 تعمل بالطاقة النووية ، مع العلم أن آخر حاملة طائرات تقليدية، وهي يو إس إس كيتي هوك ، قد خرجت من الخدمة في مايو 2009. كما امتلكت البحرية الأمريكية تسع طرادات تعمل بالطاقة النووية مزودة بهذه المفاعلات، ولكنها خرجت من الخدمة أيضاً. 

تُصمَّم المفاعلات من قِبَل عدد من المقاولين، ثم تُطوَّر وتُختَبَر في إحدى المنشآت التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية والتي يُشغِّلها المقاول الرئيسي: مختبر بيتيس للطاقة النووية في ويست ميفلين، بنسلفانيا، ومنشأة المفاعلات البحرية التابعة له في أيداهو ، ومختبر نولز للطاقة النووية في نيسكايونا، نيويورك ، وموقع كيسلرينغ التابع له في ويست ميلتون، نيويورك ، وجميعها تحت إدارة مكتب المفاعلات البحرية . في بعض الأحيان، كانت تُبنى محطات نموذجية كاملة الحجم تعمل بالطاقة النووية في منشأة المفاعلات البحرية، وكيسلرينغ، وويندسور (في كونيتيكت ) لاختبار المحطات النووية، والتي شُغِّلت لسنوات لتدريب البحارة المؤهلين للعمل النووي.

يُمنح كل تصميم للمفاعل تسمية مكونة من ثلاثة أحرف تتكون مما يلي:

• حرف يشير إلى نوع السفينة التي صُمم المفاعل من أجلها ("A" لحاملة الطائرات ، و"C" للطراد ، و"D" للمدمرة ، و"S" للغواصة )
• رقم جيل متسلسل
• رسالة إلى مصمم المفاعل ("W" لشركة وستنجهاوس ، و"G" لشركة جنرال إلكتريك ، و"C" لشركة كومبشن إنجينيرينج ، و"B" لشركة بيكتل )

على سبيل المثال، يمثل مفاعل S9G مفاعلًا من الجيل التاسع (9 ) من تصميم شركة جنرال إلكتريك ( G )، وهو مفاعل من الجيل التاسع ( 9 ) يعمل بالغواصة ( S ).

بدأ التحليل المفاهيمي للدفع النووي البحري في أربعينيات القرن العشرين. وأُجريت أبحاث تطوير المفاعلات النووية للبحرية في مختبر بيتيس للطاقة الذرية في ويست ميفلين، بنسلفانيا، ابتداءً من عام ١٩٤٨. وتحت قيادة الأدميرال هايمان جي. ريكوفر ، بدأ تشغيل أول مفاعل تجريبي، وهو نموذج أولي يُعرف باسم S1W ، في الولايات المتحدة عام ١٩٥٣ في منشأة المفاعلات البحرية في أيداهو . تولت شركة وستنجهاوس تشغيل مختبر بيتيس ومنشأة المفاعلات البحرية في البداية ولعقود عديدة لاحقة . وفي عام ١٩٥٥، أُبحرت أول سفينة تعمل بالطاقة النووية، وهي الغواصة يو إس إس نوتيلوس  . مثّلت يو إس إس نوتيلوس بداية تحوّل الغواصات من غواصات تقليدية بطيئة نسبياً وقصيرة المدى إلى غواصات قادرة على الحفاظ على سرعة ٢٠-٢٥ عقدة (٣٧-٤٦ كم/ساعة؛ ٢٣-٢٩ ميل/ساعة) مغمورة لأسابيع متواصلة.  

أُنجز جزء كبير من أعمال التطوير المبكرة للمفاعلات البحرية في منشأة المفاعلات البحرية في حرم مختبر أيداهو الوطني (INL، المعروف سابقًا باسم INEL). وكانت الغواصة يو إس إس نوتيلوس تعمل بمفاعل S2W ، وتلقى طاقمها تدريبًا على مفاعل S1W الأرضي في مختبر أيداهو الوطني.

كانت الغواصة النووية الثانية هي يو إس إس سي وولف  ، التي كانت تعمل في البداية بمفاعل S2G مبرد بالصوديوم ، وتدعمها مفاعل S1G الأرضي في موقع كيسلرينغ تحت مختبر نولز للطاقة الذرية الذي تديره شركة جنرال إلكتريك . كما تم بناء مفاعل S2G احتياطي ولكنه لم يُستخدم قط.

عانت الغواصة الأمريكية "سيوولف" من مشاكل في نظام التسخين الفائق، مما أدى إلى تفوق أداء الغواصة "نوتيلوس " عليها بشكل ملحوظ. هذا، بالإضافة إلى المخاطر التي يشكلها الصوديوم السائل في حال وقوع حادث في البحر، دفع الأدميرال ريكوفر إلى اختيار مفاعل الماء المضغوط (PWR) كنوع قياسي للمفاعلات البحرية الأمريكية. تم استبدال مفاعل S2G من " سيوولف " بمفاعل S2Wa ، باستخدام مكونات من مفاعل S2W الاحتياطي الذي كان جزءًا من برنامج " نوتيلوس" . جميع المفاعلات البحرية الأمريكية اللاحقة كانت من نوع PWR، بينما استخدمت البحرية السوفيتية بشكل رئيسي مفاعلات PWR، ولكنها استخدمت أيضًا مفاعلات مبردة بالرصاص والبزموت ومبردة بالمعدن السائل (LMFR) من ثلاثة أنواع في ثماني غواصات: K-27 وغواصات فئة ألفا المكونة من سبع غواصات .

أدت تجربة الغواصة يو إس إس نوتيلوس إلى تطوير موازٍ لغواصات أخرى ( من فئة سكيت ) تعمل بمفاعلات أحادية، وحاملة طائرات ، يو إس إس إنتربرايز  ، تعمل بثماني وحدات مفاعل A2W في عام 1960. تبعها الطراد يو إس إس لونغ بيتش  في عام 1961، والذي كان يعمل بوحدتي مفاعل C1W . بقيت يو إس إس إنتربرايز في الخدمة لأكثر من 50 عامًا، وتم إخراجها من الخدمة في عام 2012.

سبقت محطات تجريبية أرضية كاملة الحجم في أيداهو ونيويورك وكونيتيكت تطويرَ عدة أنواع (أجيال) من المفاعلات النووية البحرية الأمريكية، وإن لم يكن جميعها. بعد الإنشاء الأولي، أُجريت بعض الاختبارات الهندسية، واستُخدمت النماذج الأولية لتدريب البحارة المؤهلين للعمل النووي لسنوات عديدة لاحقة. على سبيل المثال، أدى النموذج الأولي A1W في منشأة المفاعلات البحرية إلى تطوير مفاعلات A2W المستخدمة في حاملة الطائرات يو إس إس إنتربرايز . بحلول عام 1962، كان لدى البحرية الأمريكية 26 غواصة نووية عاملة و30 غواصة أخرى قيد الإنشاء. لقد أحدثت الطاقة النووية ثورة في البحرية الأمريكية.

تم تبادل التكنولوجيا مع المملكة المتحدة، بينما استمر التطور التكنولوجي في فرنسا والصين والاتحاد السوفيتي بشكل منفصل.

بعد غواصات فئة "سكيت" ، استمر تطوير المفاعلات النووية، وفي الولايات المتحدة، قامت كل من شركتي وستنجهاوس وجنرال إلكتريك ببناء سلسلة واحدة من التصاميم القياسية، حيث تم تزويد كل غواصة بمفاعل واحد. قامت شركة رولز رويس ببناء وحدات مماثلة لمفاعل PWR1 لغواصات البحرية الملكية ، ثم طورت التصميم لاحقًا إلى مفاعل PWR2. تم بناء العديد من الغواصات المزودة بمفاعل S5W .

في نهاية الحرب الباردة عام 1989، كان هناك أكثر من 400 غواصة تعمل بالطاقة النووية، إما عاملة أو قيد الإنشاء. وقد تم تفكيك نحو 250 غواصة منها، وأُلغيت طلبات شراء بعضها، وذلك بسبب برامج خفض التسلح. وكان لدى كل من البحرية الروسية والبحرية الأمريكية أكثر من مئة غواصة، بينما كان لدى كل من المملكة المتحدة وفرنسا أقل من عشرين غواصة، والصين ست غواصات. ويبلغ العدد الإجمالي اليوم حوالي 160 غواصة.

تمتلك الولايات المتحدة الأمريكية أسطولاً بحرياً رئيسياً يضم حاملات طائرات تعمل بالطاقة النووية (10 حاملات)، بينما تمتلك روسيا طرادات تعمل بالطاقة النووية. كما تمتلك روسيا ثماني كاسحات جليد نووية في الخدمة أو قيد الإنشاء. منذ انطلاق برنامجها النووي عام 1948، طورت البحرية الأمريكية 27 تصميماً مختلفاً للمحطات النووية، وركبتها في 210 سفن تعمل بالطاقة النووية، وأدخلت 500 قلب مفاعل نووي حيز التشغيل، وبلغت سنوات تشغيل المفاعلات أكثر من 5400 سنة، وقطعت السفن مسافة 128 مليون ميل بحري بأمان. إضافةً إلى ذلك، أُعيد تدوير 98 غواصة نووية وستة طرادات نووية. لم تُعلن البحرية الأمريكية قط عن أي حادث مفاعل نووي، ^{[ 1 ] [ 2 ]} لكنها عانت من حادثة واحدة على الأقل لفقدان سائل التبريد، على متن الغواصة يو إس إس غاردفيش . ^{[ 3 ]}

تم شطب جميع الطرادات التسع التي تعمل بالطاقة النووية التابعة للبحرية الأمريكية من سجل السفن البحرية ، ومن المقرر إعادة تدوير ما تبقى منها. ورغم أن حوادث المفاعلات النووية لم تتسبب في غرق أي سفن أو غواصات تابعة للبحرية الأمريكية، فقد فُقدت غواصتان تعملان بالطاقة النووية، وهما يو إس إس ثريشر  ويو إس إس سكوربيون  ، في البحر. ولم يُعلن عن حالة مفاعلاتهما، على الرغم من أن روبرت بالارد قد أجرى تحقيقًا في حطاميهما نيابةً عن البحرية باستخدام مركبات يتم تشغيلها عن بُعد .

أصدر الكونغرس الأمريكي قرارًا يلزم البحرية الأمريكية بدراسة الطاقة النووية كخيار متاح لجميع سفن القتال السطحية الكبيرة (الطرادات والمدمرات ) وسفن الإنزال البرمائي . وإذا ثبتت جدواها الاقتصادية في تحليل تكلفة دورة الحياة خلال مرحلة تحليل البدائل (AoA) من التصميم الأولي للسفن، فيمكن اعتماد الدفع النووي في فئات السفن الجديدة (مثل CG(X)).

جميع المفاعلات البحرية الأمريكية الحالية هي مفاعلات الماء المضغوط، ^{[ 4 ]} وهي مطابقة لمفاعلات الماء المضغوط التجارية التي تنتج الكهرباء، باستثناء ما يلي:

• تتميز هذه الغواصات بكثافة طاقة عالية في حجم صغير وتعمل إما على اليورانيوم منخفض التخصيب (كما تفعل بعض الغواصات الفرنسية والصينية) أو على اليورانيوم عالي التخصيب (>20% U-235، وتستخدم الغواصات الأمريكية الحالية وقودًا مخصبًا بنسبة 93% على الأقل) ^{[ 5 ].}
• تتمتع هذه المفاعلات بعمر تشغيلي طويل، بحيث لا يلزم إعادة تزويدها بالوقود إلا بعد 10 سنوات أو أكثر، كما أن المفاعلات الجديدة مصممة لتدوم 25  عامًا في حاملات الطائرات و10-33  عامًا في الغواصات.
• يُتيح هذا التصميم الحصول على وعاء ضغط صغير الحجم مع الحفاظ على السلامة.

يُعزى طول عمر قلب المفاعل إلى ارتفاع نسبة تخصيب اليورانيوم وإضافة " سم نيوتروني قابل للاحتراق "، والذي ينضب تدريجيًا مع تراكم السموم غير القابلة للاحتراق مثل نواتج الانشطار والأكتينيدات . ويعادل فقدان السم القابل للاحتراق تكوّن السموم غير القابلة للاحتراق، مما يؤدي إلى كفاءة وقود مستقرة على المدى الطويل .

تُحافظ على سلامة وعاء ضغط المفاعل المضغوط على المدى الطويل من خلال توفير درع نيوتروني داخلي. (وهذا على عكس تصاميم مفاعلات الماء المضغوط المدنية السوفيتية المبكرة حيث يحدث التقصف نتيجة قصف النيوترونات لوعاء ضغط ضيق للغاية).

تتراوح أحجام المفاعلات النووية حتى حوالي 500 ميغاواط حراري (حوالي 165 ميغاواط كهربائي) في الغواصات والسفن السطحية الكبيرة. وتحتوي الغواصات الفرنسية من فئة روبيس على مفاعل بقدرة 48 ميغاواط لا يحتاج إلى إعادة تزويد بالوقود لمدة 30 عامًا.    

تعتمد القوات البحرية النووية للولايات المتحدة والمملكة المتحدة والاتحاد الروسي على الدفع بالتوربينات البخارية. أما القوات البحرية الفرنسية والصينية فتستخدم التوربينات لتوليد الكهرباء اللازمة للدفع. وتُزوَّد معظم الغواصات الروسية، بالإضافة إلى جميع السفن السطحية الأمريكية منذ غواصة إنتربرايز، بالطاقة من مفاعلين أو أكثر. بينما تُزوَّد الغواصات الأمريكية والبريطانية والفرنسية والصينية والهندية بالطاقة من مفاعل واحد.

أصبح تفكيك الغواصات التي تعمل بالطاقة النووية مهمة رئيسية للبحرية الأمريكية والروسية. ^{[ 6 ]} بعد إزالة الوقود، تتمثل الممارسة الأمريكية في قطع قسم المفاعل من السفينة للتخلص منه في دفن أرضي ضحل كنفايات منخفضة المستوى (انظر برنامج إعادة تدوير السفن والغواصات ).

• قائمة المفاعلات البحرية الأمريكية
• مولد كهربائي حراري يعمل بالنظائر المشعة
• الطرادات التي تعمل بالطاقة النووية التابعة للبحرية الأمريكية
• غواصات تعمل بالطاقة النووية تابعة للبحرية الأمريكية
• مدرسة الطاقة النووية

• قدّم مركز معلومات اليورانيوم بعض المواد الأصلية في هذه المقالة.