reactores navales de Estados Unidos

46°33′54.8″N 119°31′09.7″W / 46.565222°N 119.519361°W / 46.565222; -119.519361

Los reactores navales de los Estados Unidos son reactores nucleares utilizados por la Armada estadounidense a bordo de ciertos buques para generar el vapor necesario para la propulsión , la generación de energía eléctrica , el lanzamiento de aviones en portaaviones y algunos usos menores. Estos reactores nucleares navales cuentan con una planta de energía completa . Todos los submarinos y superportaaviones de la Armada estadounidense construidos desde 1975 son de propulsión nuclear , y el último portaaviones convencional, el USS Kitty Hawk , fue dado de baja en mayo de 2009. La Armada estadounidense también contaba con nueve cruceros de propulsión nuclear equipados con estos reactores, pero también fueron dados de baja posteriormente. 

Los reactores son diseñados por varios contratistas, luego desarrollados y probados en una de las instalaciones propiedad del Departamento de Energía y operadas por contratistas principales: el Laboratorio de Energía Atómica Bettis en West Mifflin, Pensilvania, y su instalación asociada de reactores navales en Idaho , y el Laboratorio de Energía Atómica Knolls en Niskayuna, Nueva York , y su sitio asociado de Kesselring en West Milton, Nueva York , todos bajo la administración de la oficina de reactores navales . En ocasiones, se construyeron prototipos de plantas nucleares a gran escala en la instalación de reactores navales, Kesselring y Windsor (en Connecticut ) para probar las plantas nucleares, las cuales operaron durante años para entrenar a marineros calificados en energía nuclear.

A cada diseño de reactor se le asigna una designación de tres caracteres que consta de:

• Una letra que indique el tipo de buque para el que está destinado el reactor ("A" para portaaviones , "C" para crucero , "D" para destructor y "S" para submarino ).
• Un número de generación consecutivo
• Una carta para el diseñador del reactor ("W" de Westinghouse , "G" de General Electric , "C" de Combustion Engineering y "B" de Bechtel )

Por ejemplo, un reactor S9G representa un submarino ( S ), de novena generación ( 9 ), reactor diseñado por General Electric ( G ).

El análisis conceptual de la propulsión nuclear marina comenzó en la década de 1940. La investigación para el desarrollo de reactores nucleares para la Armada se llevó a cabo en el Laboratorio de Energía Atómica Bettis en West Mifflin, Pensilvania, a partir de 1948. Bajo el liderazgo a largo plazo del Almirante Hyman G. Rickover , la primera planta de reactor de prueba, un prototipo conocido como S1W , entró en funcionamiento en los EE. UU. en 1953 en la Instalación de Reactores Navales en Idaho . El Laboratorio Bettis y la Instalación de Reactores Navales fueron operados inicialmente y durante muchas décadas posteriores por Westinghouse . El primer buque de propulsión nuclear, el submarino USS Nautilus  , zarpó en 1955. El USS Nautilus marcó el comienzo de la transición de los submarinos, pasando de submarinos convencionales relativamente lentos y de corto alcance a submarinos capaces de mantener una velocidad de 20 a 25 nudos (37 a 46 km/h; 23 a 29 mph) sumergidos durante semanas.  

Gran parte del trabajo inicial de desarrollo de reactores navales se llevó a cabo en la Instalación de Reactores Navales del campus del Laboratorio Nacional de Idaho (INL, anteriormente INEL). El USS Nautilus funcionaba con el reactor S2W , y la tripulación recibió entrenamiento en el reactor terrestre S1W en el INL.

El segundo submarino nuclear fue el USS Seawolf  , que inicialmente funcionaba con un reactor S2G refrigerado por sodio y contaba con el apoyo del reactor terrestre S1G ubicado en el sitio de Kesselring, perteneciente al Laboratorio de Energía Atómica de Knolls, operado por General Electric . También se construyó un reactor S2G de reserva, pero nunca se utilizó.

El USS Seawolf sufrió problemas con el sobrecalentador, lo que resultó en un rendimiento muy superior del USS Nautilus . Esto y los riesgos que planteaba el sodio líquido en caso de un accidente en el mar llevaron al almirante Rickover a seleccionar el reactor de agua a presión (PWR) como el tipo de reactor naval estándar de EE. UU. El S2G fue retirado del USS Seawolf y reemplazado por el reactor S2Wa , utilizando componentes del S2W de repuesto que formaba parte del programa del USS Nautilus . Todos los reactores navales posteriores de EE. UU. han sido PWR, mientras que la Armada Soviética utilizó principalmente PWR, pero también utilizó reactores refrigerados por metal líquido (LMFR) refrigerados por plomo-bismuto de tres tipos en ocho submarinos: K-27 y la clase Alfa de siete miembros .

La experiencia con el USS Nautilus propició el desarrollo paralelo de otros submarinos ( de la clase Skate ), propulsados ​​por reactores individuales, y de un portaaviones , el USS Enterprise  , propulsado por ocho reactores A2W en 1960. En 1961 se incorporó el crucero USS Long Beach  , propulsado por dos reactores C1W . El USS Enterprise permaneció en servicio durante más de 50 años y fue dado de baja en 2012.

Las plantas prototipo terrestres a gran escala en Idaho, Nueva York y Connecticut precedieron al desarrollo de varios tipos (generaciones) de reactores nucleares navales estadounidenses, aunque no de todos. Tras la construcción inicial, se realizaron algunas pruebas de ingeniería y los prototipos se utilizaron durante muchos años para entrenar a marineros con formación en energía nuclear. Por ejemplo, el prototipo A1W en la Instalación de Reactores Navales condujo al desarrollo de los reactores A2W utilizados en el USS Enterprise . Para 1962, la Armada de los Estados Unidos contaba con 26 submarinos nucleares operativos y 30 en construcción. La energía nuclear había revolucionado la Armada estadounidense.

La tecnología se compartió con el Reino Unido, mientras que el desarrollo tecnológico en Francia, China y la Unión Soviética se produjo de forma independiente.

Tras los buques de la clase Skate , continuó el desarrollo de reactores y, en Estados Unidos, Westinghouse y General Electric construyeron una serie estandarizada de diseños , con un reactor para cada buque. Rolls-Royce construyó unidades similares, como el PWR1 , para los submarinos de la Royal Navy y posteriormente desarrolló el diseño hasta llegar al PWR2. Se construyeron numerosos submarinos equipados con un reactor S5W .

Al finalizar la Guerra Fría en 1989, había más de 400 submarinos de propulsión nuclear operativos o en construcción. Unos 250 de estos submarinos han sido desguazados y algunos pedidos cancelados debido a los programas de reducción de armamento. La Armada rusa y la armada estadounidense contaban con más de cien cada una, mientras que el Reino Unido y Francia tenían menos de veinte cada una, y China seis. El total actual ronda los 160.

Estados Unidos es la principal armada con portaaviones de propulsión nuclear (10), mientras que Rusia tiene cruceros de propulsión nuclear. Rusia tiene ocho rompehielos nucleares en servicio o en construcción. Desde su inicio en 1948, el programa nuclear de la Armada de los EE. UU. ha desarrollado 27 diseños diferentes de plantas, los ha instalado en 210 buques de propulsión nuclear, ha puesto en funcionamiento 500 núcleos de reactores y ha acumulado más de 5400 años de operación de reactores y 128 000 000 de millas navegadas de forma segura. Además, se han reciclado 98 submarinos nucleares y seis cruceros nucleares. La Armada de los EE. UU. nunca ha revelado un accidente de reactor, ^{[ 1 ] [ 2 ]} pero ha sufrido al menos un accidente por pérdida de refrigerante, en el USS Guardfish . ^{[ 3 ]}

Los nueve cruceros de propulsión nuclear de la Armada de los Estados Unidos (CGN) han sido dados de baja del Registro de Buques Navales , y aquellos que aún no han sido desguazados están programados para ser reciclados. Si bien ningún buque o submarino de la Armada estadounidense ha sido hundido por accidentes en reactores nucleares, dos submarinos de propulsión nuclear, el USS Thresher  y el USS Scorpion,  se perdieron en el mar. No se ha hecho público el estado de estos reactores, aunque Robert Ballard investigó ambos restos en nombre de la Armada utilizando vehículos operados a distancia (ROV).

El Congreso ha ordenado a la Armada de los Estados Unidos que considere la energía nuclear como una opción para todos los grandes buques de combate de superficie (cruceros, destructores ) y buques de asalto anfibio . Si se demuestra su rentabilidad en un análisis de costos del ciclo de vida durante la fase de Análisis de Alternativas (AoA) del diseño preliminar del buque, las nuevas clases de buques (por ejemplo, CG(X)) podrían incorporar propulsión nuclear.

Los reactores navales actuales de EE. UU. son todos reactores de agua a presión, ^{[ 4 ]} que son idénticos a los reactores comerciales PWR que producen electricidad, excepto que:

• Tienen una alta densidad de potencia en un volumen pequeño y funcionan con uranio poco enriquecido (como algunos submarinos franceses y chinos) o con uranio altamente enriquecido (>20% U-235, los submarinos estadounidenses actuales utilizan combustible enriquecido al menos al 93%) ^{[ 5 ].}
• Tienen una larga vida útil del núcleo, por lo que el reabastecimiento de combustible solo es necesario después de 10 años o más, y los nuevos núcleos están diseñados para durar 25  años en portaaviones y entre 10 y 33  años en submarinos.
• El diseño permite obtener un recipiente a presión compacto sin comprometer la seguridad.

La larga vida útil del núcleo se logra mediante un alto enriquecimiento de uranio y la incorporación de un " veneno neutrónico consumible ", que se agota progresivamente a medida que se acumulan venenos no consumibles como productos de fisión y actínidos . La pérdida de veneno consumible compensa la creación de venenos no consumibles y da como resultado una eficiencia de combustible estable a largo plazo .

La integridad a largo plazo del recipiente de presión del reactor compacto se mantiene mediante un blindaje interno contra neutrones. (Esto contrasta con los primeros diseños de reactores de agua a presión civiles soviéticos, donde la fragilización se produce debido al bombardeo de neutrones de un recipiente de presión muy estrecho).

El tamaño de los reactores alcanza hasta ~500 MWt (unos 165 MWe) en los submarinos y buques de superficie más grandes. Los submarinos franceses de la clase Rubis cuentan con un reactor de 48 MW que no necesita recarga de combustible durante 30 años.    

Las armadas nucleares de Estados Unidos, el Reino Unido y la Federación Rusa dependen de la propulsión mediante turbinas de vapor. Las de Francia y China utilizan la turbina para generar electricidad para la propulsión. La mayoría de los submarinos rusos, así como todos los buques de superficie estadounidenses desde el Enterprise , funcionan con dos o más reactores. Los submarinos estadounidenses, británicos, franceses, chinos e indios funcionan con uno solo.

El desmantelamiento de submarinos de propulsión nuclear se ha convertido en una tarea importante para las armadas estadounidenses y rusas. ^{[ 6 ]} Después de la extracción del combustible, la práctica estadounidense consiste en cortar la sección del reactor del buque para su eliminación en un entierro terrestre poco profundo como residuo de bajo nivel (véase el Programa de Reciclaje de Buques y Submarinos ).

• Lista de reactores navales de los Estados Unidos
• Generador termoeléctrico de radioisótopos
• Cruceros de propulsión nuclear de la Armada de los Estados Unidos
• Submarinos de propulsión nuclear de la Armada de los Estados Unidos
• Escuela de Energía Nuclear

• El Centro de Información sobre el Uranio proporcionó parte del material original de este artículo.