Новая конструкция реактора на расплавах солей дешевле в эксплуатации и потребляет ядерные отходы

Если вы хотите спроектировать автомобиль, существуют определенные константы, такие как четыре колеса. Для автомобиля вы можете использовать миллионы часов проектирования, которые легко доступны, и триллионы лет опыта эксплуатации.

Если вы хотите спроектировать ядерный реактор, ограничений практически нет. Фактически, существует ошеломляющее количество возможностей дизайна.

Сотни конструкций реакторов запечатлены на бумаге, а постоянных мало. Вам понадобится делящееся топливо или плодородный топливный элемент с делящимся триггером, но в остальном нет никаких ограничений. Не все, что известно о конструкции реактора, доступно, потому что оно либо запатентовано, либо засекречено.

Реакторное топливо, замедлитель, размер, эксплуатационные характеристики — все это широко открытый выбор. Более того: для каждого типа реактора существуют огромные вариации. Выбор оптимального дизайна в будущем — это сложная задача.

Характеристики и в какой-то степени миссия являются предметом выбора наряду с научной осуществимостью. Есть также то, что можно было бы назвать внешними факторами – вещи, которые не имеют ничего общего с основной целью производства электроэнергии. Они включают в себя безопасность в любых условиях: землетрясения, ураганы и цунами. Реакторы также должны быть устойчивы к распространению радиации. Если что-то пойдет не так, системы безопасности должны быть безотказными.

За годы разработки появилось много идей для реакторов. В дискуссиях есть одна повторяющаяся тема: расплав солей. Есть много хорошо информированных ядерных конструкторов, которые считают, что расплавленная соль — это то, что нужно. Другие критичны.

Ядерная промышленность открыта для дебатов

Никто не спорит об основах автомобиля. Все, что касается ядерной энергетики, открыто для научных дебатов. И эта дискуссия является постоянной чертой ядерного ландшафта: оценка и переоценка.

Реакторы на расплавах солей не новы. Определяющая работа над ними была проделана в Национальной лаборатории Ок-Риджа в Теннесси в 1950-е-1970-е гг. Это было время творчества в проектировании реакторов, особенно под руководством Элвина Вайнберга, талантливого и легендарного директора лаборатории. 

Но комиссия по атомной энергии, которая предшествовала Министерству энергетики (DOE), была привержена легководным реакторам, вариант которых уже приводил в действие атомный флот, а другой вариант находил успех в электроэнергетике.

Промышленные деньги, спрос на коммунальные услуги и политика, на которую повлиял Адмирал Хайман Риковер, были все за легкую воду — только легкую воду. Они опасались, что легкая вода — успешная и работоспособная технология — будет подорвана конкурирующими технологиями, в том числе расплавленной солью.

Ядерный истеблишмент не хотел технологической свободы для всех, и Риковер, властный отец атомного флота, мог повлиять на политическую поддержку ядерной энергетики, которая исходила от Объединенного комитета по атомной энергии. Этот комитет контролировал судьбу ядерной энергетики как в Палате представителей, так и в Сенате — и был единственным комитетом, обладающим полномочиями вводить законы, которые сделали его уникально мощным в истории Конгресса.

Несмотря на это, ученые и инженеры бормотали о неиспользованных путях; наука приносила жертвы на алтарь легкой воды.

В настоящее время существует ощущение, что легководные реакторы находятся в конце своего цикла. Существует активное сообщество предпринимателей, продвигающих реакторы различных конструкций, особенно после того, как Министерство энергетики предоставило начальное финансирование для малых модульных реакторов (SMR). Они должны быть дешевле и гибче, чем их старшие братья.

Некоторые SMR являются революционными, как реактор на бегущей волне, поддерживаемый Биллом Гейтсом. Другие, такие как первый реактор NuScale, построены на технологии легкой воды. Экономия затрат для SMR должна быть получена за счет производства этих реакторов нового поколения вне помещений на заводах.

Но в индустрии есть скептицизм по поводу этих утверждений: ни одно из них еще не доказало себя.

NuScale строит свой модульный SMR на участке DOE в Айдахо-Фоллз и имеет контракт на продажу электроэнергии консорциуму сельских электрических кооперативов, два из которых недавно отказались от участия из-за прогнозируемого роста цен. Это гасит энтузиазм SMR, и внимание возвращается к большим реакторам мощностью 1000 МВт и выше.

Входят два предпринимателя

В этой борьбе участвуют два предпринимателя с обновленной конструкцией быстрого реактора на расплавах солей (MSFR). Это Карл Перес и Эд Фейл, совладельцы компании Elysium Technologies USA.

По словам Переса и Фейла, цена — один из главных аргументов в пользу продаж. Их реактор мощностью 1200 МВт не будет работать под давлением, но он будет работать при высоких температурах, что резко сократит баланс затрат станции, таких как защитная конструкция и топливо.

Кроме того, и, возможно, решающий фактор продажи, потому что это будет быстрый реактор с расплавленным топливом, он сможет использовать ядерные отходы в качестве топлива и сжигать его с течением времени. Быстрый реактор имеет незаполненный поток нейтронов и не нуждается в замедлителе, как вода в легководных реакторах.

Ряд вариантов мощности для быстрого реактора на расплаве хлоридной соли

По словам Фейла и Переса, это основные аргументы в пользу их быстрого реактора с расплавленной хлоридной солью (MCSFR):

· Заправляется ядерными отходами от оружия и других реакторов

· Воздушное охлаждение

· Технологическое тепло

· Отсутствие простоев топлива

· Снижение затрат на реактор, топливо и баланс затрат на установку

· Не обязательно находиться рядом с большим источником воды

· Потенциальный источник генерации водорода по разумной цене

Первоначальное финансирование в размере 7 миллионов долларов поступило от дальновидных инвесторов. Далее последует раунд финансирования Elysium, который позволит проектировать и лицензировать небольшую демонстрационную установку мощностью 10 МВт, размер которой определяется правилами комиссии по ядерному регулированию.

Проектные работы по нейтронике и производству топлива проводились в Аргоннской национальной лаборатории и Национальной лаборатории штата Айдахо при финансировании Министерства энергетики США.

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ