Theo Science ABC, năm 1960, tàu ngầm USS Triton của Hải quân Mỹ hoàn thành chuyến đi vòng quanh thế giới đầu tiên dưới nước, di chuyển 49.491 km trong 60 ngày 21 giờ mà không ngoi lên mặt biển và lò phản ứng trên tàu có thể vận hành suốt nhiều năm.
Theo Interesting Engineering, tàu ngầm chạy bằng năng lượng hạt nhân có khả năng tồn tại dưới biển từ vài tuần tới vài tháng mà không cần thường xuyên ngoi lên để lấy không khí hoặc sạc pin như tàu ngầm thông thường. Thực chất, tàu ngầm hạt nhân là một môi trường tự cung cấp, có thể tạo ra năng lượng, oxy và nước ngọt, đồng thời chứa đầy đủ thực phẩm và vật tư để thủy thủ đoàn sống sót trong thời gian dài.
Lò phản ứng sinh nhiệt thông qua quá trình phân hạch hạt nhân, do đó tàu ngầm hạt nhân có thể liên tục tạo ra năng lượng trong khi chìm hoàn toàn dưới nước. BGR cho biết trước khi tàu USS Nautilus sử dụng năng lượng hạt nhân (năm 1954), các tàu ngầm chủ yếu sử dụng động cơ diesel - điện, vốn bị giới hạn về thời gian lặn. Động cơ điện, được kích hoạt khi tàu ngầm lặn, cần sạc lại sau khi di chuyển 129 km hoặc tối đa 4 ngày dưới nước. Động cơ diesel phải chạy để nạp năng lượng cho pin, đòi hỏi tàu ngầm nổi lên mặt nước để nạp không khí.
Ở lò phản ứng hải quân điển hình, nhiệt sinh ra được truyền vào nước trong hệ thống hơi nước riêng biệt, dùng để chạy turbine cung cấp điện và lực đẩy. Hơi nước sau đó ngưng tụ trở lại thành nước và được tái sử dụng trong một chu trình khép kín. Thiết kế này mang đến cho tàu ngầm hạt nhân phạm vi hoạt động gần như không giới hạn. Theo Bộ Năng lượng Mỹ, lõi lò phản ứng dùng trong tàu hải quân hiện đại có thể hoạt động liên tục trên 1,6 triệu km.
Tàu ngầm hạt nhân Astute của Hải quân Hoàng gia Anh. Ảnh: Wikipedia
Cách tạo oxy và nước ngọt
Dựa vào điện phân (sử dụng dòng điện để tạo ra hydro và oxy từ nước thông qua phản ứng hóa học), tàu ngầm ngày nay có thể sản xuất oxy trên tàu để thủy thủ đoàn hít thở mà không cần nguồn cung cấp từ khí quyển, đồng thời loại bỏ khí carbon dioxide và nhiều chất gây ô nhiễm khác từ môi trường kín.
Quá trình phân hạch hạt nhân cung cấp đủ năng lượng cho thiết bị điện phân. Tuy nhiên, việc xử lý trực tiếp nước biển có sẵn xung quanh tàu sẽ tạo ra khí clo độc hại. Nước biển phải trải qua quá trình thẩm thấu ngược để lọc muối trước khi tạo ra oxy tinh khiết.
Lò phản ứng trên tàu đặc biệt hữu ích, bởi nó cung cấp nguồn năng lượng khổng lồ giúp hệ thống duy trì sự sống vận hành liên tục. Tương tự oxy, tàu ngầm hạt nhân có thể sản xuất nước ngọt từ nước biển thông qua hệ thống chưng cất.
Một trong những hạn chế lớn nhất buộc tàu ngầm hạt nhân phải nổi lên mặt nước là thức ăn. Theo Hải quân Mỹ, đây là hạn chế lớn đối với thời gian tuần tra dưới nước.
An Khang tổng hợp