На волне замечательных новостей от Росатома о переводе реактора БН-800 Белоярской АЭС на MOX-топливо, что позволит вторично использовать накопленные ядерные отходы еще раз, расскажу о другой интересной идее в ядерной энергетике за авторством большой коллаборации между Томским Политехом, ВНИИТФ и ИЯФ имени Г.И. Будкера.
В недавней статье ученые предложили концепцию ториевого гибридного реактора, где для выработки дополнительных нейтронов используется высокотемпературная плазма, удерживаемая в магнитной ловушке.
Сразу напомню, что в основе работы любого ядерного реактора лежит самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция — последовательность единичных ядерных реакций, каждая из которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге последовательности. Сейчас в обычных АЭС используется реакция деления ядер тяжёлых элементов (урана, например), когда деления ядер вызывается нейтронами. При этом с технической стороны критично число нейтронов, участвующих в цепной реакции. Если нейтронов будет слишком мало, то цепная реакция не сможет сама себя поддерживать, если слишком много, то произойдет взрыв. В современных АЭС такой контроль за числом нейтронов реализуется с помощью замедлителей и отражателей нейтронов.
В предлагаемой концепции на начальном этапе с помощью специальных плазменных пушек получают относительно холодную плазму, после чего ее количество поддерживается путем постоянного впрыска газообразного дейтерия. В результате образуются высокоэнергетические ионы дейтерия и трития, что позволяет поддерживать в плазме необходимую температуру. Сталкиваясь, ионы дейтерия и трития объединяются в ядро гелия, благодаря чему высвобождаются нейтроны с высокой энергией, которые свободно проходят через стенки вакуумной камеры, в которой магнитным полем удерживается плазма, попадают в активную зону с ядерным топливом и после замедления поддерживают деление тяжелых ядер.
В результате получается гибрид между термоядерным и ядерным реакторами. Причем такой гибрид объединяет преимущества обоих типов реакторов, вырабатывая большое количество энергии, как термоядерный реактор, вместе с высоким уровнем контроля за реакцией, как это возможно в ядерном. Кроме того, гибрид предъявляет более низкие требования к качеству плазмы и позволяет заменить до 95 процентов делящегося урана торием, что обеспечивает принципиальную невозможность неконтролируемой ядерной реакции, а значит, исключает саму возможность катастроф.
Суммарно, гибридные реакторы имеют высокую относительную мощность, могут быть весьма компактны, безопасны и производят небольшое количество радиоактивных отходов. Так что ожидаем новую собственную энергоустановку у бабы Мани в углу участка, прямо за огородом)
Andrey V. Arzhannikov et al. Fuel Evolution in Hybrid Reactor Based on Thorium Subcritical Assembly with Open Trap as Fusion Neutron Source (Computer Simulations), Plasma and Fusion Research (2019). DOI: 10.1585/pfr.14.2402101
