На тлі енергетичної кризи у багатьох країнах приймають рішення про відновлення та збільшення потужностей ядерної генерації. Нині у світі експлуатується шість основних типів ядерних реакторів: важководний водо-водяний реактор, графіто-водний реактор, киплячий водо-водяний реактор, реактор із водою під тиском, реактор із газовим охолодженням та реактор-розмножувач на швидких нейтронах. Ядерна енергетика активно розвивається, й у новому матеріалі ми спробуємо розібратися як саме це відбувається, та які технології є найцікавішими.
Дослідження та розробки науковців у сфері ядерної енергетики спрямовані на розв’язання таких проблем, як ризик аварій, важкість утилізації відходів та висока ціна. Для цього вносять зміни у принцип роботи реакторів, способи їх охолодження, здатність використовувати природний уран та випрацьовану сировину для виробництва електроенергії.
Одне з експериментальних рішень – реактор на розплавах солей із торієм. В цих реакторах основою охолоджувальної рідини є суміш розплавлених солей, яка може працювати за високих температур при низькому тиску. Також для роботи цих систем використовують уран-233, який отримують через опромінення торію-232. Вважається, що доступних запасів торію приблизно втричі більше за запаси урану-238.
Серед інших переваг таких реакторів є їхня підвищена безпечність. Оскільки паливо в них перебуває в рідкому стані, то легше забезпечити природну безпеку від перегріву реактора: в цьому випадку тверда пробка в реакторі розплавляється, і паливо зливається. Конструкція цього реактору дозволяє здійснювати постійне виділення газоподібних продуктів поділу й підживлення свіжим паливом. А низький тиск у корпусі реактора робить його більш безпечним.
Про реактори на розплавах солей відомо ще з 20 століття, у 1950-х в США побудували експериментальний реактор, що пропрацював чотири роки. Про нову спробу використати цю технологію повідомили влітку 2021 року. Китай вирішив побудувати експериментальний торієвий реактор, який працюватиме на сплаві солей.
Оскільки такий реактор не використовує прісну воду для охолодження, його побудували у пустелі Гобі. Восени почалися випробування, й всі зацікавлені сторони з нетерпінням очікують на результати. Попри прогнозовану безпечність, використання солей за високих температур може призвести до корозії реактора, що зробить його непридатним. Окрім того, використання торію пов’язане з ризиком поширення ядерної зброї, що створює додаткові побічні ризики. Але у разі успіху, розробки планують використовувати для спорудження комерційних реакторів із введенням в експлуатацію до 2030 року
Схожу технологію розробляє компанія Білла Гейтса: TerraPower планує запустити у штаті Вайомінг експериментальний ядерний реактор, який охолоджуватимуть рідким натрієм. У цьому реакторі також буде низький тиск, як і в торієвому реакторі, що теоретично зменшує ризик аварій.
Також у TerraPower планують розв’язати проблему ядерних відходів. Очікується, що завдяки більшій ефективності використання, відпрацьоване паливо займатиме на дві третини менше місця, ніж відходи з класичних реакторів.
Окрім того, розрахована вартість будівництва такого обʼєкта менша (1 млрд дол США), ніж будівництво класичних АЕС. Низька ціна зумовлена порівняно невеликим розміром реактора, а також тим, що система працює в умовах низького тиску, тому надміцні деталі потрібні у меншій кількості.
Ще однією технологією, яку нині активно обговорюють та планують впроваджувати – це малі модульні реактори (ММР). У 2022 році Президент США сприяв виділенню 21 мільярд доларів США із фінансового бюджету на 2023 рік на ядерні та водневі програми. Канада теж випустила власний план дій із впровадження ММР. Про перспективність технології також свідчить зацікавленість нею великих корпорацій. Зокрема конструкції реакторів розробляють Rolls Royce, Nuscale Power і TerraPower. За даними Міжнародного агентства з атомної енергії, наразі розробляється майже 70 різних технологій ММР.
Малі модульні реактори мають відносно невелику потужність, до 300 МВт проти 950 МВт на АЕС, та розміри. Якщо традиційний реактор займає площу близько 400 тис кв м, то ММР – 40 тис кв м. Також ММР, відповідно до назви, складаються з модулів, які можуть виготовлятися на заводах та збиратися в місці їх розташування. Це все робить ММР значно дешевшими, мобільнішими, простішими та швидшими у будівництві.
Вироблення електроенергії у малих модульних реакторах відбувається за тим же принципом, що у великих. Уранові паливні стрижні в реакторі за допомогою ланцюгової ядерної реакції нагрівають воду у внутрішньому контурі. Нагріта вода передає температуру в зовнішній паровий контур, й пара рухає турбіну, яка виробляє електрику.
Насправді ідея ММР – не нова, оскільки невеликі енергоблоки використовуються у військовій справі з 1950-х років. Зокрема на криголамах та авіаносцях, які повинні бути в морі тривалий час без дозаправлення, або для потужних підводних човнів.
Малі модульні реактори подаються як ядерні установки із підвищеною безпекою, що ґрунтується на принципах внутрішньої самозахищеності, коли властивості реактора забезпечують його зупинку та розхолодження за будь-яких аварійних ситуацій на основі природних зв’язків та процесів. Також деякі види ММР передбачають можливість роботи на природному урані чи відпрацьованому паливі інших АЕС. Й головне – ці реактори здатні працювати у маневровому режимі, що дозволить збільшувати генерацію вдень та зменшувати уночі, відповідно до потреб держави.
Отже, попри втрату інтересу до АЕС після великих аварій спочатку у Чорнобилі, а потім у Фукусімі, на фоні енергетичної кризи атомна енергетика знову стала активно розвиватися. На цьому етапі науковий пошук спрямований на те, щоб зробити атомні станції безпечнішими, дешевшими та із меншою кількістю відходів. Нині міжнародна спільнота найбільше зацікавлена у недорогих та мобільних малих модульних реакторах, й активно інвестує у цю технологію. Проте чи стане вона дійсно розповсюдженою та ефективною – покаже час.
Поки у світі впроваджують та тестують експериментальні технології, на підконтрольній Україні території працюють 9 водо-водяних енергетичних реакторів, та ще 6, на Запорізькій АЕС, – знаходяться в окупації. Воєнні дії та російський ядерний тероризм зумовлюють постійний ризик ядерної аварії. Найпростіший та найшвидший спосіб переконатися, що рівень радіації в нормі та не становить ризику – це скористатися нашою мапою радіаційного фону, що оновлюється у режимі реального часу.