События, произошедшие в Фукусиме в 2011 году, заставили многих пересмотреть свое отношение к ядерной энергетике. После аварии на АЭС в Японии по миру прокатилась волна закрытий ядерных электростанций, некоторые страны решили и вовсе отказаться от мирного атома. При этом некоторые компании быстро сориентировались и продолжают продвигать на рынок более безопасные формы получения ядерной энергии. Одна из таких компаний смогла получить финансирование, позволяющее воплотить планы в реальность. Американская компания «Transatomic Power» стала обладателем двух миллионов долларов, полученных от Founders Fund. Деньги должны пойти на постройку реактора солевого расплава, который можно «кормить» ядерными отходами.
Компания Transatomic Power имеет тесные связи с Массачусетским Технологическим Институтом (МТИ). В настоящее время компания сосредоточила свои усилия над тем, чтобы сделать ядерную энергетику более эффективной, она фокусирует свое внимание на более мелких, но высокоэффективных установках, которые можно будет выпускать фабричным путем и затем доставлять их к месту сборки. Специалистам компании уже удалось создать систему, которая в состоянии применять разнообразные виды топлива, включая материалы, которые в традиционной ядерной энергетике признаются отходами производства.
Речь идет о реакторах солевого распада, которые привлекательны тем, что практически обладают иммунитетом к расплавлениям активной зоны, вроде той, что произошла на японской АЭС в Фукусиме. В таких реакторах применяется смесь солей с ядерным топливом, что позволяет значительно замедлить процесс протекающей в реакторе цепной реакции. В тот момент, когда температура в ядре повышается, соль расширяется и приводит к уменьшению скорости расщепления. Так как температура плавления соли выше температуры ядра, то даже в случае возникновения ЧП, при которых никто не сможет предпринять каких-либо срочных мер, реакция постепенно затухнет сама собой. Такая технология предлагалась и раньше, но в компании Transatomic Power говорят, что смогли усовершенствовать ее благодаря улучшению внутренней геометрии ядерного реактора. Именно эти проведенные изменения позволяют использовать в качестве топлива ядерные отходы или уран с уровнем обогащения всего 1,8%.
Новые разработки компании Transatomic Power интересны в первую очередь тем, что их нельзя будет применять для создания оружейных радиоактивных материалов. В настоящее время реакторы компании в состоянии производить 500 МВт энергии — это лишь малая часть от мощностей генерируемых стандартными АЭС, однако они при этом существенно меньше и производят лишь малую часть отходов в сравнении с крупными станциями. Получение компанией двух миллионов долларов на разработку позволит ей верифицировать созданный ею реактор. Следующим шагом станет уже непосредственно постройка готовой версии атомной станции. Как ожидается, первый образец такой станции обойдется в 1,7 миллиарда долларов. При этом коммерческое производство таких реакторов может быть запущено уже в 2020 году. Запуск производства данных реакторов стал бы серьезным шагом вперед для всей ядерной промышленности.
Реакторы на расплавах солей
Реакторы, работающие на расплавах солей (жидкосолевые реакторы — ЖСР или MSR, Molten Salt Reactor) относятся к одному из видов ядерных реакторов деления, в которых роль основной охлаждающей жидкости выполняет специальная смесь расплавленных солей, которая в состоянии работать при очень высоких температурах, сохраняя при этом низкое давление. Это позволяет уменьшить механическое напряжение внутри реактора и повысить его уровень безопасности. Жидкое ядерное топливо одновременно является и теплоносителем, что позволяет упростить конструкцию реактора, уравнивает выгорание топлива и позволяет производить замену горючего, не заглушая реактор.
MSR-реакторы работают при достаточно высокой температуре: 600—700 °C, что все равно не превышает точку кипения расплава солей. По этой причине давление в ядерном реакторе поддерживается немного выше — 1 кг/кв.см, что позволяет реактору обходиться без дорого и тяжелого корпуса. Еще одним важным преимуществом является небольшая активная зона реактора, что в свою очередь означает использование меньшего объема защитных материалов. Одними из видов, используемых в них жидкостей, являются жидкости на основе фторида тория-232 и урана-233. Ректоры основанные на ториевом или урановом цикле.
При этом во многих конструкциях реакторов ядерное топливо растворяется в расплавленном фториде теплоносителя — в соли тетрафторида. Также в расплав добавляют бериллий и литий. Расход ядерного топлива оценивается приблизительно в 1 тонну тория на 1000 МВт произведенной энергии. При этом высокорадиоактивных отходов за год ректор производит всего около тонны. Из этой тонны 83% стабилизируются через 10 лет, а оставшиеся 17% нужно будет захоронить на длительный срок (300-500 лет). Одновременно с этим реактор производит всего 30 грамм плутония, именно поэтому реакторы солевого расплава нельзя использовать для выпуска оружейного плутония. В настоящее время разведанные мировые запасы тория составляют 2,23 миллиона тонн, а приблизительный объем неразведанных запасов оценивается еще в 2,13 миллиона тонн.
Необходимо отметить, что сегодня MSR-техника еще не так хорошо изучена даже среди инженеров ядерной отрасли. При этом история таких реакторов берет начало еще в конце 40-х годов прошлого века. До конца 1960-х не прекращались попытки по приспособлению данных реакторов, принимая в расчет их компактные размеры, в качестве источники энергии для воздушных судов. Первый действующий реактор был готов в 1954 году, при этом таким реактором даже успели оснастить бомбардировщик B-36. Однако межконтинентальные баллистические ракеты и развитие ракетных технологий в целом поставили крест на самолетах, которые могли бы находиться в воздухе неделями без дозаправки.
Основной причиной того, что MSR-реакторы не получили массового распространения (несмотря на огромные запасы сырья и небольшой объем отходов), является тот факт, что торий не был сырьем для производства ядерного оружия. Уже в 1950-60-е годы интерес к развитию АЭС, которые использовали бы торий, начал остывать. Виной всему была разгорающаяся холодная война. В то время мегатонны были куда важнее мегаватт. Сейчас же все наоборот: из мегатонн получают мегаватты. Примерно треть ядерного горючего родом из сокращенного и устаревшего ядерного оружия — оружейного урана и плутония.
Источники информации:
http://gearmix.ru/archives/14092
http://www.atomic-energy.ru/video/28796
https://ru.wikipedia.org
Юферев Сергей
