Новая технология топлива, которую ученые называют «энергетическими шарами», может привести к модернизации атомных электростанций, выдерживая гораздо более высокие температуры без расплавления. Секрет? Крошечные зерна урана, на которые нанесено защитное покрытие, остаются холодными при температуре до 3000 градусов по Фаренгейту и выше.
Частицы TRISO (топливо из частиц с несколькими слоями) подобны крошечным леденцам с непростой начинкой. Ядро из урана и кислорода покрыто слоями защитной керамики и графита. Керамика (карбид кремния) веками использовалась для изготовления различных вещей, таких как наждачная бумага и керамические автомобильные тормоза. Он чрезвычайно устойчив к нагреванию, а также используется при строительстве печей и в качестве теплоотражающего экрана в светодиодах.
Зерна получают с помощью процессов, которые описываются так, как будто пожаловали к нам из гастрономических журналов. Во-первых, уран смешивают с химическим веществом, которое позволяет ему разбиваться на липкие шарики диаметром всего в миллиметр - словно микрочастички в некоторых моющих средствах. В специальной печи шарики контактируют с графитом, который переходит из газообразной формы в сплошные слои. Затем тысячи этих покрытых этим графитовым шоколадом урановых драже упаковываются в отдельные гранулы.
Продвижением этой технологии занимается компания под названием BWXT, которую она также испытывает на ядерном реакторе, напечатанном на 3-D принтере. Другой же компанией является X-energy, чье TRISO-X топливо можно увидеть на изображениях в этой статье.
Сторонники технологии утверждают, что зерна защищенного урана просто не могут плавиться в условиях атомной электростанции. В традиционном ядерном реакторе, подобном тем, которые используются сегодня, топливо, выходящее из-под контроля, в конечном итоге превращается в расплав. Если эта реакция усиливается, высокая температура может разрушить защиту реактора. Вместо этого крошечные энергетические гранулы имеют свой собственный механизм деэскалации подобных процессов.
Существующие установки обладают избыточными и экстремальными системами безопасности, но они все еще подвержены влиянию человеческого фактора, что оправдывает все их ограничения и избыточность. Ученые, занимающиеся «энергетическими шарами», утверждают, что их изначально безопасная природа означает, что реакторам следующего поколения не потребуется такая же дорогостоящая защита, что сможет сэкономить время и деньги.
В течение десятилетий власти всего мира строили все большие и большие электростанции. И такой курс имел смысл, потому что, особенно в Китае, огромные предприятия атомной отрасли - это способ обеспечить массу энергии для 160 городов, в которых проживает не менее миллиона человек. Ядерная промышленность экологически чиста, по крайней мере, сегодня, и постепенно заменяет угольные электростанции. Но чем больше реактор, тем сложнее должны быть процедуры и структуры безопасности.
За десятилетия существования ядерной энергетики было очень мало случаев серьезных утечек или крупных аварий, но огромный ущерб и продолжительное радиоактивное отравление, вызываемое одним таким событием, бросало тень на любую ядерную энергетику. Катастрофа 2011 года в Фукусиме была вызвана землетрясением, которое могло произойти практически где угодно. В Китае существуют десятки отдельных реакторов, мощность которых в несколько раз больше, чем у реакторов на Фукусиме, и многие из них расположены в кластерах на крупных электростанциях.
Следующее поколение ядерных энергетических реакторов является модульным и более компактным, чем традиционные установки, без необходимости проектировать совершенно новую, протяженную зону с нуля на огромном участке сельской местности. Но многое еще предстоит проверить, прежде чем такие электростанции смогут быть построены.