Первая в мире крупномасштабная атомная электростанция деления в Китае полностью защищена от опасных аварий даже в случае полного отключения электроэнергии. Ее ядерный реактор, известный как «модульный высокотемпературный реактор с галечным слоем», спроектирован таким образом, чтобы легко работать при очень высоких температурах и иметь пассивное охлаждение в чрезвычайных ситуациях. Успешно завершено первое испытание безопасности двух реакторных модулей.
Из-за низкого уровня выбросов углерода энергия ядерного деления в настоящее время находится в центре стратегий декарбонизации энергетического сектора. Это снижает зависимость от ископаемого топлива и облегчает нагрузку на биомассу, не препятствуя переходу к другим технологиям «зеленой» энергетики.
Однако его широкомасштабному осуществлению препятствуют проблемы безопасности, о чем свидетельствуют серьезные аварии на Чернобыльской АЭС (1986 г.) и Фукусиме-1 (2011 г.). Экологические последствия этих аварий настолько серьезны, что лишь несколько стран в мире используют (или планируют использовать) энергию деления, не говоря уже о проблемах обращения с ядерными отходами.
Чтобы избежать такой катастрофы, текущие исследования сосредоточены на разработке искробезопасных реакторов деления. Безопасность этих реакторов основана не на вмешательстве человека или электромеханическом оборудовании, а на физических или химических процессах, которые естественным образом инициируются при возникновении проблемы.
Предлагаемые установки включают высокотемпературные реакторы (HTR). Это реакторы с гелиевым охлаждением, в которых в качестве замедлителя и конструкционного материала используется графит. Топливо состоит из тысяч частиц, покрытых TRISO (предотвращающим выброс продуктов деления даже при высоких температурах) и заключенных в сферическую или призматическую матрицу. Тепло распада является основной причиной расплавления активных зон реакторов деления и может естественным образом выделяться в окружающую среду путем теплопроводности даже без резервной системы охлаждения (пассивное охлаждение).
Высокотемпературный модульный реактор с галечным слоем (HTR-PM) обеспечит большую безопасность за счет использования тех же принципов пассивного охлаждения, но является более надежным. Однако эффективность и безопасность таких реакторов пока проверены лишь в небольших масштабах. HTR-PM был разработан командой из Университета Цинхуа в Китае и является первым продуктом, достигшим коммерческого масштаба.
«Достижение внутренней ядерной безопасности в коммерческом масштабе — это мечта всех ученых и инженеров-ядерщиков, где ключевой задачей является устранение распада без активного вмешательства», — объясняют исследователи в новом исследовании, недавно опубликованном в журнале Hot .
Пассивное охлаждение даже в случае полного отключения электроэнергии
Реактор HTR-PM, впервые разработанный в Германии, использует гелий в качестве теплоносителя, то есть его физические свойства позволяют ему передавать тепло из одной точки в другую. Реактор работает при очень высоких температурах и содержит графитовые сферы, содержащие тысячи урановых топливных таблеток, отсюда и название «галечная засыпка».
Китайская электростанция с высокотемпературным газоохлаждаемым реактором состоит из двух реакторов, каждый из которых оснащен парогенератором и системой циркуляции гелия.
Обратите внимание: В течение четырех лет британская компания Vertical Aerospace хочет ввести в эксплуатацию летные такси с дальностью полета до 800 км.
Активная зона каждого реактора расположена рядом с парогенератором. Система подключается через горизонтальные дымоходы, которые доставляют холодный газообразный гелий по всей системе. Колодцы вокруг каждого реактора также способствуют циркуляции охлаждающего газа.В результате сложного динамического процесса газ циркулирует в слое шариков и циркулирует, захватывая тепло. Топливная сфера имеет диаметр 6 сантиметров и содержит около 12 000 частиц урана с покрытием TRISO, заключенных в графитовую матрицу. В процессе теплообмена образуется перегретый пар, который поступает в паровую турбину для выработки электроэнергии.
По оценкам исследователей, рабочие параметры каждого реактора позволяют им генерировать до 200 мегаватт электроэнергии. Средняя плотность мощности оценивается примерно в 3,2 МВт/м3. При номинальной мощности электростанция может вырабатывать около 1,4 миллиарда киловатт-часов в год, что эквивалентно потребностям в электроэнергии 2 миллионов жителей. Кроме того, выбросы углекислого газа сократятся на 900 тысяч тонн.
Во время испытаний на безопасность электроснабжение станции было полностью отключено, чтобы обеспечить надлежащий отвод остаточного тепла. Данные по энергии и температуре реакторов различных конструкций показывают, что они способны охлаждаться естественным путем без активного вмешательства. Это означает, что оболочка TRISO успешно предотвращает выброс продуктов деления даже при максимальной температуре 1620 °C.
Эти результаты впервые демонстрируют, что искробезопасные ядерные реакторы деления могут быть построены в промышленных масштабах. Однако стоимость топлива и компонентов реактора может создать дополнительные проблемы для крупномасштабного внедрения технологии. Однако исследования показывают, что, поскольку такие реакторы производятся массово, затраты могут снизиться, что вполне возможно, учитывая размер китайского рынка.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.