Прорив в енергетиці: у Китаї створили перший у світі ядерний реактор, стійкий до аварій

Існує кілька методів охолодження ядерних реакторів, але в кінцевому підсумку всі вони вимагають втручання людини, якщо щось піде не так. Тепер у Китаї створили ядерний реактор, який охолоджується сам, а це означає, що ризик виникнення аварії зменшується. Хоча нову технологію не можна застосувати до наявних реакторів, вона дає основу для створення безпечніших ядерних реакторів у майбутньому, пише IFLScience.

Стійкий до аварій ядерний реактор

Китайські вчені представили результати дослідження роботи першого у світі високотемпературного ядерного реактора на гранульованому паливі, що має газове охолодження і називається HTR-PM. Цей реактор було введено в експлуатацію в грудні 2023 року. Але дослідження було опубліковано в журналі Joule тільки зараз після проведення ретельної перевірки роботи нового ядерного реактора. HTR-PM є першим у світі ядерним реактором, стійким до аварій, якщо точніше, то до розплавлення активної зони реактора.

Охолодження ядерних реакторів

Під час реакції поділу ядра виділяється велика кількість теплової енергії, яка потрібна для виробництва електроенергії, але вона небезпечна для самої реакції. Ядерні реактори мають вбудовані механізми охолодження, які відводять тепло від реакції, адже інакше ядерний реактор може перегрітися і навіть вибухнути.

Зазвичай для охолодження використовують воду або вуглець і це охолодження підтримується зовнішніми джерелами живлення, щоб гарантувати, що температура в реакторі залишається в межах норми. Тобто охолоджувальні елементи відводять надлишкове тепло від активної зони реактора. У 2011 році в ядерному реакторі АЕС Фукусіма-1 стався збій в електроживленні механізму охолодження, що призвело до аварії.

Відтоді вчені працювали над створенням ядерного реактора з пасивним охолодженням, який може охолоджуватися сам.

Реактори з газовим охолодженням менш схильні до вибухів, ніж їхні аналоги з водяним охолодженням. Але незалежно від типу системи охолодження, у разі виникнення аварійної ситуації необхідне втручання людини, щоб зупинити ректор і запобігти катастрофі. Зазвичай це пов’язано з тим, що системи охолодження покладаються на зовнішні джерела живлення.

Ядерний реактор, який може охолоджуватися сам

Ядерний реактор HTR-PM є більш безпечним, адже він може відключиться самостійно, якщо виникнуть будь-які проблеми з системою охолодження.

У звичайних ядерних реакторах використовуються енергоємні паливні стрижні, які містять велику кількість урану з меншою кількістю графіту. У конструкції реактора HTR-PM паливний стрижень використовує велику кількість графіту, всередині якого укладений уран. Це робить щільність енергії палива набагато нижчою. По суті використовується гранульоване паливо з низькою щільністю енергії в більшій кількості. Це допомагає уповільнити ядерні реакції, внаслідок чого виділяється менше тепла. Таким чином, нижча щільність енергії означає, що надлишкове тепло розсіюється по більшій площі і його легше відводити.

Через те, що ядерна реакція відбувається повільніше, ніж у звичайному реакторі, то ядерний реактор HTR-PM може набагато довше витримувати більш високу температуру. А надлишкове тепло можна охолодити з використанням пасивних методів.

Щоб показати, що новий ядерний реактор може охолоджуватися без зовнішнього джерела живлення, вчені його зупинили, коли він працював на повну потужність і почали стежити за змінами температури всередині реактора. Він охолоджувався самостійно і досяг стабільної температури через 35 годин після зупинки.

Недоліком цієї технології є те, що її не можна впровадити в наявні ядерні реактори. Але з її допомогою можна побудувати нові, безпечніші ядерні реактори.