Проект «Гермес» стал первым нелегководным реактором в США за полвека. От жидкосолевых реакторов других стран его отличает необычная схема с использованием соли только для охлаждения реактора, а не как растворителя для ядерного топлива в активной зоне.
Так будет выглядеть законченный реактор нового проекта со стороны. Его персонал составит 55 человек / © Kairos Power
В 1960-х в США построили первые экспериментальные жидкосолевые реакторы. Ядерное топливо там растворяли в соли с общей формулой FLiBe. Такое решение позволяло удалять часть топлива («отработавшего») и добавлять взамен новое прямо во время работы реактора, без его остановки для перегрузки топлива.
Кроме того, соль легко грелась до плюс 700 градусов Цельсия, что позволяло получать высокий КПД (на 30-40% выше, чем в тогдашних водо-водяных реакторах). Соль доводилась до высоких температур при давлении около одной атмосферы, а не при 150-200, как в водо-водяных реакторах. Поэтому оболочку реактора делали не толстой, словно линкорная броня (и как у обычных современных реакторов), а толщиной всего в несколько сантиметров.
Однако у тех реакторов были и большие недостатки: соль с ядерным топливом имела высокую коррозионную активность. В случае использования для передачи тепла вне первого контура создавалась наведенная радиоактивность в трубопроводах и теплообменниках. Выделялось и большое количество трития (из литиевого компонента соли), что тоже создавало коррозионные и радиационные проблемы для конструктивных элементов реактора.
Теперь американская компания Kairos Power начала строительство демонстрационного реактора малой мощности «Гермес», в котором жидкосолевую концепцию серьезно изменили. Ядерное топливо будет не растворено в соли, а упаковано в TRISO — шарики, в которых топливо (оксид урана) заключено в оболочку из пиролитического графита, покрытого карбидом кремния, поверх которого наносят еще один слой пиролитического графита.
Ядерная реакция там запускается за счет торможения тепловых нейтронов графитом, то есть это реактор на медленных нейтронах. С одной стороны, это минус, поскольку ранее жидкосолевые реакторы были на быстрых нейтронах — могли работать реакторами-размножителями, нарабатывающими делящийся плутоний из неделящегося урана-238.
Но в теории у новой конструкции есть и плюсы. Соль FLiBe, окружающая стальную емкость с шариками TRISO, не содержит ядерного топлива, поэтому нерадиоактивна. Из-за вызванной этим меньшей нейтронной нагрузки в ней будет нарабатываться меньше теллура (он вел к растрескиванию стальных поверхностей в ранних жидкосолевых реакторах).
После реактора соль идет в теплообменник, где греет промежуточную соль на основе неких (неуточняемых) нитратов. Уже расплавленные нитраты будут греть воду для парогенераторов как минимум до плюс 585 градусов. Вместе с наличием пароперегрева это в теории должно поднимать КПД подобных реакторов до 45%. Для сравнения: типичные водо-водяные реакторы имеют КПД не выше 35%, а натриевые реакторы — максимум 40%.
Строящийся «Гермес» войдет в строй в 2027 году. Он не будет вырабатывать электроэнергию, поскольку реактор демонстрационный — сможет вырабатывать только тепло. Так разработчики хотят проверить, насколько новый подход к жидкосолевым реакторам устойчив к коррозии и иным подобным проблемам реакторов. Если все пойдет хорошо, в начале 2030-х Kairos Power планирует серийно строить модульные реакторы типа «Гермес» уже на 145 мегаватт электрической мощности.
Инвестиции самой компании в проект составят 100 миллионов долларов. Еще 300 миллионов добавит Минэнерго США. Многие в Штатах раскритиковали этот проект, указывая на то, что у него, по сути, не так много плюсов. Дожигать минорные актиниды (наиболее сложный в ликвидации компонент ядерного топлива) в нем не получится, поскольку TRISO не сильны в использовании такого топлива. Реактора-размножителя в силу использования медленных нейтронов тоже не выйдет — медленные нейтроны слабо превращают неделящийся уран-238 в делящийся плутоний.
В итоге из преимуществ жидкосолевого реактора остаются только высокая температура активной зоны и повышенный из-за этого КПД. На фоне потенциальных сложностей с коррозией по причине агрессивных солей это не выглядит безрисковым вложением.
С другой стороны, если проблемы коррозии будут решены, подобные реакторы могут стать дешевле водо-водяных за счет намного более легкого и простого корпуса реактора и общих меньших габаритов подобных АЭС.
Комментарии
Ну вот у китайцев уже и конкуренты появились. Самое смешное, что эти солевые дружбаны пока просто хотят проверить как новые материалы будут противостоять коррозии. Дело хорошее, пусть пробуют. По крайней мере этот способ производства электричества выглядит менее безумным чем ветряки и панели солнечные.
Голодный, Может есть смысл подогнать им настоящей соли ? Ну чтобы сразу торкнуло без разогрева?
Люблю любые эксперименты полосатых главное когда они заняты они забывают о своих людоедских наклонностях. Так они Китаю возвращаемый бустер Китай им в замен шарики которых им так сегодня не хватает? Прелестно.
Там ещё запаздывающие нейтроны за + 30 сёкунд после деления ядра, то есть ядро разделилось и один из осколков выделит запаздывающий нейтрон. Возможно поэтому концепция чисто солевого реактора не взлетела, решили делящееся топливо оставить без перемещения в процессе эксплуатации. С этими шариками топлива "галькой" у немцев в реакторе были проблемы, он куда-то попал и начал греться и выделять цезий 137 и стронций 90, так как при перегреве они летучи.А так не знаю как перабатывать графитовое топливо? Мороки много. В идеале уран с обогащением плутонием реакторным 30-40%,вторая или 3 переработка Мох топлива, и бланкет из тория 232. Потом топливо из плутония с высокой комплектацией четных изотопов плутония и америция с нептунием. Далее можно перерабатывать ядерное топливо и дожигать изотоп плутония и америция в быстрых реактора БН 1000-1200.Причем услуга "дожигания" может быть альтернативной переработки
///На фоне потенциальных сложностей с коррозией по причине агрессивных солей это не выглядит безрисковым вложением.
С другой стороны, если проблемы коррозии будут решены///
Бегло прогуглил -- проблемы коррозии явно учтены Kairos, и содержатся в заявке для Комиссии по атомной энергии США. Плюс ещё были какие-то предварительные полугодовые испытания на демонстраторе.
Вроде бы, обещают решение (непонятно, какое -- видимо, нечто дико "патентованное по самые гланды", что нельзя внести в публичную заявку -- но и без перспектив ничего бы не обещали, с другой стороны, за такое разрешение не дадут).
Одним словом, пока осторожный оптимизм (тьфу-тьфу-тьфу, не сглазить бы)).
Если получится, то будет очень хорошо -- сможет вдохнуть новую жизнь в ядерную энергетику (репутация которой в плане безопасности нынче крайне подмоченная, к моему громадному сожалению).
Гарри, "Бегло прогуглил -- проблемы коррозии явно учтены Kairos"
Проблемы коррозии были "явно учтены" каждой контрой, которая когда-либо строила жидкосолевой реактор еще на этапе проектирования. Одна проблема: в 100% случаев эта проблема была учтена явно неправильно, что и привело к неожиданным проблемам с коррозией в каждом когда-либо построенном жидкосолевом реакторе.
В целом я тоже за успех, но испытываю большие сомнения. В американской атомной отрасли не видно ни одного приличного игрока, и облик этого проекта тоже не показывает, что Kairos -- такой игрок. Трехконтурность, паровая турбина вместо газовой, медленные нейтроны, графит -- все эти черты, мягко говоря, неоптимальные. Оптимальный реактор нашей эпохи -- схема "Буревестника" или БН ГТ -- выглядит совсем иначе.
Александр,
Ваш скепсис более чем понятен (и в чём-то даже разделяю). Однако, не могу не заметить, что и к SpaceX некогда относились как к "любителям" (причём, даже на самом же Западе). Ровно до момента их первых прорывов — с решениями весьма неординарными (и порой даже "неправильными", по меркам ракетостроения прошлого).
Кто знает, может мы сейчас наблюдаем становление таких же "SpaceX в мире ядерной энергетики" (над которыми пока все смеются, а завтра будут их боготворить)? Но может быть, что и нет, что тупиковый путь.
Поэтому я бы не рискнул судить заранее. Покажет только время. Как и в случае со SpaceX – которые чуть ли не буквально "через тернии (массовой критики и насмешек) к звёздам".
Просто в порядке размышлений. ИМХО.
Гарри, Если проблемы коррозии учтены, то желательно эти технологии внедрить для защиты корпусов кораблей. Экономический эффект будет огромным. Но если это обман, то он вскроется уже через год. А вот в случае с атомной станцией, можно десяток лет строить и пытаться получить нужное вещество. А если не выйдет - ну не смогли.
Голодный, ну вот именно, что обман вскроется всегда. Ради него вообще и нет причин городить такую кучу исследований.
Если же проводят столько лет (как минимум демонстратор ещё с 2019, насколько нашёл) -- значит, точно имеют там что-то в загашнике.
Голодный, корпуса кораблей не страдают коррозией металлов, вызванной наведенной радиацией. Там другая коррозия - электрохимическая.