Одиннадцать компаний работают над достижением амбициозной цели в рамках плана Министерства энергетики США по ускоренному развитию передовых технологий ядерных реакторов.
В настоящее время ведется строительство реактора Ward 250 компании Valar Atomics. Дарья Наговиц/Valar Atoms
Несмотря на то, что атомная энергетика обеспечивает почти пятую часть производства электроэнергии в США, она десятилетиями находилась в состоянии стагнации. Регуляторные препятствия, общественный скептицизм и более дешевые источники энергии привели к закрытию электростанций, мораториям и нехватке финансирования для новых ядерных технологий. Но резкий рост спроса на электроэнергию, в основном за счет центров обработки данных, стимулирует возрождение атомной энергетики, и Министерство энергетики, похоже, наверстывает упущенное. Его пилотная программа по разработке реакторов ускоряет тестирование передовых конструкций реакторов, и первый важный этап запланирован на середину 2026 года.
Эта программа является частью стратегии Министерства энергетики США, направленной на четырехкратное увеличение производства в этом секторе к 2050 году. Для участия были отобраны одиннадцать компаний, разрабатывающих передовые технологии ядерных реакторов, и цель состоит в том, чтобы по крайней мере три из них достигли критичности — состояния, при котором реакция ядерного деления становится стабильной и самоподдерживающейся, — к 4 июля 2026 года.
«Это намеренно очень амбициозный срок», — говорит Лесли Деван, инженер-ядерщик, специализирующийся на передовых реакторных технологиях. «Одна из целей этого пилотного проекта — действительно определить, какие концепции осуществимы в реальных условиях».
Разрабатываемые конструкции реакторов варьируются от реакторов на расплавленных солях и высокотемпературных газовых реакторов до быстрых реакторов, реакторов с натриевым охлаждением и систем с водой под давлением. Одна из компаний, которая, как считается, продвинулась дальше всех, — это калифорнийская Valar Atomics, разрабатывающая высокотемпературный газовый реактор (ВТГР) под названием Ward 250.
Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы работают на мельчайших частицах урана, покрытых слоями углерода и керамики. Эти покрытия превращают каждую частицу в автономный топливный элемент, который не плавится даже при чрезвычайно высоких температурах, обеспечивая встроенный защитный экран, предотвращающий утечку радиоактивных веществ.
Частицы топлива загружаются в графитовые блоки, которые образуют активную зону реактора и имеют каналы для потока гелия. В результате реакции деления топлива гелий нагревается, и это тепло приводит к кипению воды с образованием пара, который вращает генератор для выработки электроэнергии. Затем гелий возвращается в реактор для повторного нагрева.
Компания Valar начала строительство реактора Ward 250 в сентябре, став второй компанией, приступившей к строительству (первой была техасская компания Aalo Atomics, которая начала работы в августе). Valar первой достигла холодной критичности — самоподдерживающейся реакции деления без выделения тепла. Это было сделано на государственном испытательном полигоне в строго контролируемых условиях, и хотя это подтверждает основные физические принципы и предоставляет полезные данные, говорит Деван, «это не то же самое, что построить и запустить собственный интегрированный испытательный реактор на энергетическом уровне».
Реакторы на расплавленной соли, выбранные техасской компанией Natura Resources в качестве оптимального варианта конструкции, работают совершенно иначе, но также считаются по своей природе безопасными. Уран смешивается с расплавленной солью, которая нагревается в результате реакции деления топлива. Насосы перекачивают жидкую соль через теплообменник, где она передает тепло в другой контур, который производит пар или приводит в движение турбину. Если соль перегревается, она расширяется и плавит аварийную «закупорочную пробку», которая сливает топливо в безопасный резервуар, где оно не может поддерживать цепную реакцию.
«Реакторы на расплавленной соли работают при атмосферном давлении, поэтому любая авария будет ограничена территорией самого реактора», — говорит Деван. «Даже если он полностью потеряет электропитание, даже если на площадке не будет операторов, он сможет безопасно остановиться».
Хотя компания Natura еще не начала строительство, она получила разрешение от Комиссии по ядерному регулированию на возведение исследовательского реактора мощностью 1 мегаватт, а также недавно приобрела компанию Shepherd Power, также базирующуюся в Техасе, чьи знания в области цепочки поставок и регулирования помогут продвинуть технологию Natura к внедрению. Компания «поддерживает очень позитивные и плодотворные отношения с Комиссией по ядерному регулированию», — говорит Деван, — но «расплавленная соль вызывает коррозию, а при высоких температурах становится радиоактивной, поэтому проблемы с материалами не следует недооценивать».
Учитывая, что до крайнего срока достижения критичности осталось всего около шести месяцев, компаниям Valar, Natura и остальным девяти компаниям, участвующим в пилотной программе, потребуется работать в беспрецедентном темпе, чтобы уложиться в срок. Однако это лишь одно из многих препятствий, которые компаниям предстоит преодолеть.
«Настоящими критериями проверки станут такие вещи, как: можно ли контролируемым образом разогнать реактор до рабочей мощности и снова снизить ее; можно ли работать при расчетной температуре в течение тысяч часов; можно ли продемонстрировать, что материалы и топливо ведут себя так, как ожидалось; и можно ли делать все это достаточно надежно, чтобы Комиссия по ядерному регулированию и будущие заказчики доверяли проекту?» — говорит Деван. «Я рассматриваю 2026 год как начало интересного периода сбора данных, а не как его завершение».
Источник: www.newscientist.com
