Amerykańskie atomowe okręty podwodne Skate (SSN 578) i Seadragon (SSN 584) w czasie historycznego rendez-vous na Biegunie Północnym, 22 sierpnia 1962 r. Napęd jądrowy umożliwił okrętom podwodnym na docieranie w nieosiągalne dotąd rejony globu. Fot. NARA

To bardzo kiepski i nieefektywny sposób pozyskiwania energii, a każdy kto poszukuje źródła energii w transformacji atomów, gada bzdury. Takie kategoryczne stwierdzenie padło w 1933 r. z ust Sir Ernesta Rutherforda, odkrywcy jądra atomowego. Wielki uczony bardzo się w tym przypadku pomylił. Szybki rozwój nauki i techniki w kolejnych dekadach nie tylko dowiódł, że sposób ten może być całkiem efektywny, ale także zaprzągł energię jądrową do zadań niemożliwych do realizacji bez jej wykorzystania. Jednym z nich okazał się nowego rodzaju napęd okrętowy.

W tym samym roku, w którym Rutherford (1871-1937) kategorycznie stwierdzał, że wiedza ta nie znajdzie praktycznego zastosowania, węgierski fizyk Leó Szilárd (1898-1964) zaproponował odważną koncepcję samopodtrzymującej się jądrowej reakcji łańcuchowej, czyli wywoływanej neutronami, której produktem byłyby m.in. kolejne neutrony mogące posłużyć do inicjacji kolejnych pokoleń tej samej reakcji. Nie wiedział jeszcze jak mogłaby ona wyglądać, ani jakie materiały mogłyby jej podlegać. Reakcja znalazła się niebawem – w grudniu 1938 r. odkryli ją niemieccy chemicy Otto Hahn (1879-1968) i Fritz Strassmann (1902-1980). Usiłując uzyskać sztuczny izotop promieniotwórczy poprzez bombardowanie próbek uranu neutronami, spowodowali zamiast tego jego rozszczepienie. W kolejnym roku Szilárd wraz z włoskim fizykiem Enrico Fermim (1901-1954) ustalili, że w procesie rozszczepiania jąder uranu powstają także swobodne neutrony, co sugerowało możliwość wywołania samopodtrzymującej się reakcji łańcuchowej. Ostateczny dowód pojawił się w grudniu 1942 r., kiedy uruchomiono w Chicago, skonstruowany przez Fermiego i Szilárda, pierwszy na świecie reaktor jądrowy, CP‑1.

Atom na okrętach podwodnych

Koncepcja, by energię jądrową wykorzystać do napędu okrętu podwodnego, pojawiła się zanim jeszcze pierwszy reaktor skonstruowano. Już w 1939 r. dr Ross Gunn (1897-1966), fizyk pracujący w laboratorium badawczym US Navy sugerował taką możliwość. Wskazywał,
że takie źródło energii nie opiera się na utlenianiu materii organicznej, a zatem nie wymaga (…) tlenu (…). Jest to olbrzymia zaleta z wojskowego punktu widzenia, która ogromnie powiększyłaby zasięg i skuteczność militarną okrętu podwodnego. Droga do takiego napędu była jednak jeszcze daleka. Bardzo szybko wykazano, że samopodtrzymującej się reakcji łańcuchowej podlega tylko izotop U‑235, który stanowi zaledwie 0,72% naturalnego uranu – resztę stanowi cięższy izotop U‑238. Choć możliwe jest zbudowanie reaktora pracującego na uranie o naturalnych proporcjach izotopów, to reaktor taki byłby zbyt duży, by upchnąć go na okręcie, szczególnie podwodnym – jak ujął to jeden z fizyków zajmujących się tym tematem, stało się dość oczywiste, że reaktor zasilany naturalnym uranem będzie wielki jak stodoła. Konieczne okazało się zatem przygotowanie paliwa o wyższej zawartości U‑235 w całkowitej masie uranu – czyli wzbogaconego. Od 1940 r. US Navy zaczęła przeznaczać coraz większe środki na badania nad tym zagadnieniem, a w 1944 zbudowała nawet własną przemysłową instalację wzbogacania uranu, jednak w tym samym okresie podjęto w USA polityczną decyzję, że wszystkie badania w zakresie atomistyki zostaną skupione w ramach prowadzonego przez US Army Projektu Manhattan.
Warto odnotować, że również Japończycy wcześnie dostrzegli potencjał tkwiący w energii jądrowej. Wiosną 1942 r. Cesarska Marynarka Wojenna podjęła decyzję o sponsorowaniu badań w zakresie fizyki jądrowej, które miałyby na celu zarówno opracowanie broni, jak i perspektywicznych układów napędowych, jednak specjalny komitet naukowy szybko doszedł do wniosku, że zagadnienie to jest poza zasięgiem – proces wzbogacania uranu wymagałby wielkich nakładów surowcowych i energetycznych, na które kraj nie mógł sobie zwyczajnie pozwolić. W 1943 r. prace zarzucono.
Po wojnie prace rozwojowe prowadzone przez US Navy skupiły się na skonstruowaniu samego napędu jądrowego, choć z początku toczyły się niespiesznie. Pierwszą konkretniejszą propozycją było memorandum Naval Research Laboratory (NRL) z marca 1946 r., w którym proponowano wykorzystanie niezrealizowanego projektu U‑Boota typu XXVI i przerobienie go na okręt jądrowy. Co ciekawe, kompaktowy reaktor miał być zamontowany poza kadłubem sztywnym jednostki. Projektu tego jednak nie zrealizowano. Po zakończeniu wojny entuzjazm związany z nowymi badaniami opadł, skutkiem czego na dobre projekt opracowania siłowni jądrowych ruszył dopiero w 1949 r. Zdecydowano się rozwijać dwa rozwiązania – reaktor wodny ciśnieniowy według koncepcji opracowanej w Argonne National Laboratory (w pobliżu Chicago) i projektu technicznego firmy Westinghouse oraz reaktor chłodzony ciekłym metalem opracowany i zbudowany przez koncern General Electric. W obu przypadkach najpierw miały powstać prototypy lądowe (Mk I i Mk A), a następnie reaktory dla prototypowych okrętów (Mk II i Mk B). Prototyp lądowy Mk I uruchomiono 30 marca 1953 r., natomiast pierwszy okręt podwodny o napędzie jądrowym – USS Nautilus – wyszedł w morze 17 stycznia 1955, zapoczątkowując nową erę w historii flot wojennych świata. Rozwiązanie Westinghouse’a okazało się bardzo udane – prawie wszystkie zbudowane do dziś okręty i statki z napędem jądrowym (jak również większość elektrowni jądrowych) wykorzystują reaktory wodne ciśnieniowe. Tymczasem konstrukcja General Electric – reaktor chłodzony sodem – była niewypałem. Napędzany takim urządzeniem Seawolf wszedł do służby 30 marca 1957 r., ale już w 1960 reaktor wymieniono na nim na podobny do tego z Nautilusa.