Более месяца в трубах компании Kairos Power в Альбукерке, штат Нью-Мексико, циркулировало 12 тонн расплавленной соли.
Компания разрабатывает новый тип ядерного реактора, для охлаждения которого будет использоваться именно эта солевая смесь. Недавно их первая полномасштабная тестовая система охлаждения завершила 1000 часов работы в начале января. Это уже второе значительное достижение Kairos за последнее время. В декабре Комиссия по ядерному регулированию США (NRC) выдала разрешение на строительство первого демонстрационного ядерного реактора компании.
Атомные электростанции способны обеспечить стабильный источник безуглеродной энергии, что критически важно для борьбы с изменением климата. Однако последние крупные проекты в атомной энергетике часто сопровождались задержками и резким ростом бюджетов. Kairos и другие разработчики передовых реакторов надеются возродить интерес к ядерной энергетике, предложив новую версию технологии, которая может сократить расходы и сроки строительства.
Подход Kairos к технологии и строительству «фундаментально отличается» от современных коммерческих реакторов, утверждает Эдвард Блэнфорд, соучредитель и технический директор Kairos.
Сегодня практически все коммерческие АЭС используют один и тот же тип обогащенного урана для выработки электричества посредством реакций деления. При этом контроль температуры осуществляется системой охлаждения на водяной основе.
Однако растущее число компаний ищет способы доработки этой формулы для повышения экономичности и безопасности. В случае Kairos, компания планирует использовать альтернативное топливо под названием TRISO. Оно состоит из крошечных ураносодержащих ядер, заключенных в графитовые оболочки. Топливо TRISO отличается высокой прочностью и способно выдерживать экстремальные температуры, радиацию и коррозию. Кроме того, в системе охлаждения реактора вместо воды используется расплавленная соль.
Расплавленная соль может стать огромным подспорьем в создании более безопасных АЭС, отмечает Блэнфорд. Системы охлаждения в водо-водяных реакторах требуют поддержания высокого давления, чтобы вода не закипела — иначе реактор лишится теплоносителя и окажется под угрозой перегрева и неконтролируемого выхода из строя. Соль тоже можно испарить, но только при очень высоких температурах. Следовательно, необходимость в высоком давлении отпадает.
Ядерные реакторы на расплавленной соли разрабатывались еще в 1950-х годах, но были в значительной степени заброшены, когда отрасль переключилась на водоохладимые конструкции. Теперь, с растущей потребностью в низкоуглеродной энергии, «возрос интерес к этим технологиям», говорит Джессика Ловеринг, соучредитель и исполнительный директор Good Energy Collective, исследовательской организации, выступающей за использование атомной энергии. Новые варианты реакторных технологий могут помочь избежать некоторых опасений, связанных с безопасностью традиционных водоохлаждаемых реакторов, а также позволить более эффективно генерировать электроэнергию.
Технологии значительно шагнули вперед за последние семь десятилетий, но реакторы на расплавленной соли так и не дошли до крупномасштабной коммерческой эксплуатации. Поэтому предстоит провести еще много испытаний, прежде чем такая система охлаждения сможет быть внедрена в условиях строжайшего регулирования ядерных объектов. Именно для этого и предназначена инженерная испытательная установка Kairos. Это крупнейшая в мире система для циркуляции охладителя Flibe, солевого фторидного соединения.
Система использует электрические нагреватели для имитации тепла, которое будет выделяться при ядерных реакциях в готовом реакторе. Тесты включают прокачку смеси Flibe через контур охлаждения, в то время как инженеры контролируют температуру по всей системе и чистоту соли. Компания также провела испытания по моделированию процесса перезагрузки реактора, а также отслеживанию и регулированию выходной мощности системы.
Создание всей системы охлаждения, которая никогда не будет использоваться в ядерном реакторе, — это значительные инвестиции времени, денег и ресурсов. Однако такой подход, основанный на постепенных шагах, может помочь Kairos успешно внедрить новую ядерную технологию — задача, которая исторически всегда была сложной, отмечает Патрик Уайт, директор по исследованиям в Nuclear Innovation Alliance, некоммерческом аналитическом центре.
«Одной из проблем ядерной энергетики является то, что, как правило, первый шаг — это спроектировать реактор на бумаге, а следующий шаг — построить его целиком», — говорит Уайт. Kairos пробует другой путь — поэтапное тестирование компонентов, что должно ускорить разработку и избежать застревания на поздних стадиях строительства.
Kairos добивается прогресса и в строительстве. В декабре компания получила одобрение NRC на возведение Hermes — своего первого ядерного испытательного реактора. Hermes будет вырабатывать около 35 мегаватт тепловой мощности (современные коммерческие реакторы обычно производят около 1000 мегаватт электроэнергии). Его планируется ввести в эксплуатацию уже к 2026 году.
Несколько других компаний также используют расплавленную соль или топливо TRISO в своих передовых ядерных разработках. X-energy из Мэриленда разрабатывает газоохлаждаемый реактор, использующий топливо TRISO, а TerraPower и GE Hitachi Nuclear Energy разрабатывают натрий-охлаждаемый реактор, применяющий расплавленную соль для накопления энергии.
Предстоит еще долгий путь, прежде чем проект Kairos и другие передовые реакторы смогут быть подключены к общей сети. Компания планирует построить как минимум еще две полномасштабные испытательные системы охлаждения, прежде чем приступить к сборке Hermes, сообщает Блэнфорд.
Компании также потребуется получить лицензию на эксплуатацию демонстрационного реактора Hermes — это второй из двух ключевых регуляторных этапов, которые необходимо пройти с NRC. Далее последует Hermes 2, который будет включать два реактора аналогичного масштаба и конструкции с первым Hermes, а также систему для преобразования выработанного тепла в электричество. И только потом компания перейдет к более крупным реакторам коммерческого масштаба.
Все это потребует времени, но Kairos и другие участники рынка уверены, что результат того стоит. «Наша технология уникальна, — заключает Блэнфорд, — и она открывает исключительные возможности для исследования областей, недоступных для других технологий».
Примечание: В ранней версии статьи было указано неверное название демонстрационного реактора Kairos Power.
