Несколько лет назад возродилась идея создать жидкосолевой реактор для замыкания ядерного топливного цикла. Разбираемся, почему его не построили раньше, чем этот реактор отличается от «обычного» и где в России будет собрана первая экспериментальная установка.
Еще во времена проектирования первых реакторов возникло два направления развития идеи: последователи идеи твердотопливных установок рассматривали реакторы как теплотехнические аппараты, а те, кому были больше по душе жидкотопливные реакторы, видели в них химические заводы. Первые стремились упростить механизм передачи тепла, вторые — упростить обращение и переработку топлива.
Развитие идеи жидкосолевых установок
Твердотопливные реакторы оказались проще и дешевле, и это определило развитие атомной энергетики на полвека вперед. Тем не менее,ученые продолжали изучать концепцию жидкосолевых реакторов. В 1960-х годах в Окриджской национальной лаборатории (США) эксплуатировался экспериментальный жидкосолевой реактор MSRE.
С начала 1970-х годов изучение жидкосолевых реакторных технологий велось в НИЦ «Курчатовский институт», а также, до начала 1990-х годов, в Научно-исследовательском и конструкторском институте энерготехники им. Н.А. Доллежаля.
Как устроен жидкосолевой реактор?
В жидкосолевом реакторе активную зону формирует однородная расплавленная смесь из фторидов солей и фторида делящегося материала: урана, плутония или тория. Эта же смесь играет роль теплоносителя.
Важная особенность — высокая температура в активной зоне (600-700 °C) при низком давлении. Для сравнения: температура водяного теплоносителя в твердотопливных реакторах типа ВВЭР (PWR)— 200-300°C при высоком давлении, исключающем кипение воды. При этом жидкосолевые реакторы обладают естественной безопасностью: тепловое расширение жидкого топлива приводит к отрицательному температурному коэффициенту реактивности – система саморегулируется по температуре. Топливная соль может изготавливаться в непосредственной близости от площадки размещения реактора, порционно добавляться в реактор и выводиться из него. Это обуславливает дополнительные преимущества и привносит “гибкость” в топливный цикл (сравнительно просто загружать и выгружать топливо, изменять концентрацию делящихся материалов по ходу кампании и т.д.).
Главное потенциальное преимущество жидкосолевого реактора — способность «дожигать» минорные актиниды (америций, нептуний, кюрий), самые «неприятные» составляющие радиоактивных отходов. Именно поэтому в 2019 году ученые «Росатома» вернулись к проектированию жидкосолевого реактора.
Исследовательский жидкосолевой реактор в Железногорске
Реализовывать проект решили на Горно-химическом комбинате в Железногорске, Красноярский край. Место выбрано не случайно, там находится Опытно-демонстрационный центр (ОДЦ) по переработке отработавшего ядерного топлива, единственная в мире масштабная и универсальная площадка для совершенствования технологий, позволяющих превращать отработавшее ядерное топливо в новый ресурс. Кстати, 18 ноября 2024 года там завершилось строительство второго пускового комплекса центра.
На исследовательской установке можно будет отработать технологии, подобрать материалы и состав топлива. Расплав топливной соли — крайне агрессивная среда, которую выдержит не каждый материал.
Коллектив ученых «Росатома» и НИЦ «Курчатовский институт» проводят исследования конструкционных материалов, подходящих для создания оборудования и трубопроводов. Кандидатные материалы прошли серию коррозионных испытаний в условиях контакта с агрессивными средами, а также при облучении в петлевой установке на другом исследовательском реакторе в АО «ГНЦ НИИАР» (г. Димитровград, входит в научный дивизион «Росатома»). Испытания продолжатся в 2025-2026 годах на площадке ФГУП «ГХК»: планируется экспозиция образцов из наиболее перспективного никелевого сплава в топливной соли, изучение свойств и структуры материалов после выдержки в соли.
Проект исследовательского жидкосолевого реактора входит в комплексную программу развития атомной науки, техники и технологий (КП РТТН). Запуск установки запланирован на 2031 год.
Хотите принять участие в этом масштабном проекте, который, возможно, определит судьбу энергетики XXII века? Присоединяйтесь к Программе научных стажировок.
