Компактные 1-мегаваттные микрореакторы Radiant
Калифорнийская компания Radiant получила финансирование на разработку компактного, недорогого микрореактора мощностью 1 МВт(э), который помещается в транспортный контейнер и использует гелиевый теплоноситель вместо воды.
При условии достаточной безопасности такие реакторы можно использовать в ЦОДах и других местах, где сейчас работают стационарные или передвижные дизельные электростанции. Это транспорт (тепловозы, самосвалы), военная техника (подводные лодки), удалённые поселения, военные базы, арктические деревни и различные производственные объекты, где солнечная и ветровые установки недоступны или непрактичны.
Компания Radiant основана бывшими инженерами SpaceX, которые разрабатывали источник энергии для колонии на Марсе. В какой-то момент они решили, что марсианский реактор вполне может найти применение на Земле. Поэтому уволились, основали стартап — и уже привлекли $1,2 млн от инвесторов-ангелов для продолжения работы над проектом. Основатель и исполнительный директор компании — Дак Бернауэр (Doug Bernauer).
Реактор изначально разрабатывается как очень портативный, быстро развёртываемый и эффективный в любой области. Первыми примерами использования могут стать удалённые населенные пункты и зоны бедствий.
Активная зона реактора Radiant с гелиевым охлаждением
Военные заказы — ещё один ключевой рынок, несколько таких реакторов могут обеспечить энергией всю военную базу в отдалённом районе в течение четырёх-восьми лет, прежде чем израсходуется топливо. Впрочем, насчёт топлива картина полностью не ясна. В пресс-релизе упоминается некое «усовершенствованное ядерное топливо» (advanced particle fuel), но не называются конкретные материалы (это может быть торий). Компания утверждает, что её ядерное топливо «не расплавляется и выдерживает более высокие температуры по сравнению с традиционным».
Интересно, что в Китае как раз в сентябре 2021 года начали тестировать ториевый реактор на 2 МВт(э) в промышленном парке городского округа Увэй в провинции Ганьсу, на краю пустыни Гоби. Реактор разработали в Шанхайском институте прикладной физики (SINAP).
Схема ядерного реактора на расплавах солей (molten salt reactor)
Торий — слаборадиоактивный серебристый металл, который встречается в горных породах в естественных условиях. Сейчас он почти не используется в промышленности. Природный изотоп тория-232 сам по себе не распадается, но при облучении в реакторе он поглощает нейтроны, образуя уран-233, который уже подходит для ядерной реакции с выделением тепла. Торий является отходом растущей промышленности по добыче редкоземельных металлов и потому представляет привлекательную альтернативу урану.
Пеллеты с торием в Центре атомных исследований Бхабха (Мумбаи, Индия). Фото: Pallava Bagla/Corbis/Getty
В китайском ториевом реакторе используются соли на основе фторидов, которые при нагревании до 450°C плавятся в бесцветную прозрачную жидкость. Соль действует как теплоноситель для отвода тепла от активной зоны реактора. Кроме того, в реакторах с расплавами солей вместо твёрдых топливных стержней жидкая соль используется в качестве подслоя для топлива, которое непосредственно растворяется в активной зоне. Такие реакторы считаются относительно безопасными, поскольку топливо уже растворено в жидкости, и они работают на более низком давлении, чем обычные ядерные реакторы, что снижает риск взрывного плавления.
На чём бы ни работал реактор Radiant, главное в том, что он устраняет основные проблемы дизель-генераторов — задымление и необходимость в постоянной дозаправке. В принципе, он может быть даже безопаснее, если тут исключён риск взрыва резервуаров с топливом, какой возможен в случае с дизельным топливом.
Микрореактор Radiant может работать без замены топлива более четырёх лет.
Использование гелия в качестве теплоносителя «значительно снижает риски коррозии, вскипания и загрязнения». В прошлом году Radiant получила два предварительных патента. Один — на более быструю и дешёвую технологию дозаправки реакторов (замены топлива), а второй — на более эффективное охлаждение (теплоотвод) активной зоны.
Компания уже подписала контракт с Battelle Energy Alliance на тестирование портативного реактора в Национальной лаборатории Айдахо, одной из шестнадцати национальных лабораторий Министерства энергетики США. Кстати, за историю этой лаборатории создано более 50 ядерных реакторов, это было крупнейшее скопление ядерных реакторов в мире.
Radiant — не единственная, кто разрабатывает компактные и/или мобильные ядерные реакторы. Это довольно перспективная область научно-технических исследований, куда направлены массивные инвестиции в связи с постепенным закрытием угольных и газовых электростанций.
Например, датский стартап Seaborg Technologies планирует для массового производства плавучие баржи на 200, 400 и 600 МВт(э).
Компактные ядерные реакторы также находятся в разработке у НАСА.
По классификации Всемирной ядерной ассоциации, «малыми модульными реакторами» (SMR) считаются установки мощностью менее 300 МВт(э), а очень малыми (vSMR) — менее 15 МВт(э), так что плавучие станции Seaborg не входят в эту категорию.
В отчёте Всемирной ядерной ассоциации 2015 года по стандартизации и лицензированию SMR говорится, что огромный потенциал малых модульных реакторов основывается на ряде факторов:
- Из-за небольших размеров и модульности SMR можно почти полностью строить в контролируемых заводских условиях и устанавливать модуль за модулем, что повышает качества и эффективность строительства
- Малые размеры и функции пассивной безопасности позволяют использовать их в странах с меньшим опытом использования атомной энергии
- Размер, эффективность строительства и системы пассивной безопасности (требующие меньшего резервирования) значительно уменьшают стоимость
- Дополнительная экономия достигается за счёт серийного производства конкретной конструкции SMR
Возможно, через некоторое время на рынке действительно появятся чистые, удобные, недорогие и долговечные альтернативы дизельным генераторам. Сторонники атомной энергетики подчёркивают, что это самый безопасный источник энергии, даже по сравнению с солнечной и ветряной. В марте 2021 года комиссия Евросоюза подготовила экспертный доклад, в котором атомная энергетика признаётся экологически безвредной (environmentally sustainable) активностью, которая не вызывает глобального потепления, не угрожает разнообразию живых видов, на загрязняет Мировой океан и т. д. Теперь готовится отчёт по безопасности ядерных отходов, после чего комиссия может дать зелёный свет на финансирование этой отрасли как экологически чистой энергетики.
