Как сделать атомную энергетику еще более зеленой? Создать жидкосолевой реактор. В таком реакторе можно будет превращать радиоактивные отходы - минорные актиниды - в менее долгоживущие. Про принцип работы жидкосолевого реактора в статье TechInsider рассказал руководитель направления проектного офиса по новым материалам и технологиям частного учреждения «Наука и инновации» Денис Индык.
Несколько лет назад ученые Росатома вернулись к идее создать жидкосолевой реактор. Только на этот раз не в качестве замены привычных нам ВВЭРов, как предлагалось когда-то, а чтобы сделать атомную энергетику еще более зеленой. В новом реакторе можно будет превращать самые опасные радиоактивные отходы в менее долгоживущие. Разберемся, что это за проект.
«Со времен постройки первых реакторов возникли две очень разные школы в реакторостроении. Один подход, примером которого являются твердотопливные реакторы, рассматривает реактор как механический завод, и цель его совершенствования — упрощение механизма передачи тепла. Другой подход, примером которого являются жидкотопливные реакторы, рассматривает реактор как химический завод, и цель его совершенствования — упрощение обращения и переработки топлива», — так начинается статья «Расплавленные фториды как топливо для энергетического реактора», опубликованная в 1957 году.
Ее авторы — химик Рэй Брайант, глава авиационного атомного проекта, и американский физик-ядерщик Алвин Вейнберг, руководитель Окриджской лаборатории. Именно там в середине прошлого века впервые построили жидкосолевой реактор.
Все же строить твердотопливные тепловые реакторы оказалось дешевле и проще, поэтому технология продолжила свое развитие. Впрочем, ученые не забывали про жидкосолевые реакторы. Пусть и медленно, но они продолжали развивать эту идею. И не зря.
Теперь же мы возвращаемся к этой идее с целью замкнуть ядерный топливный цикл и получить «бесконечное» топливо.
«В настоящее время потребность в реакторе-сжигателе минорных актинидов стала актуальной в свете развития концепции и технологий обращения с ОЯТ», — объясняет Денис Индык, руководитель направления проектного офиса по новым материалам и технологиям частного учреждения по обеспечению научного развития атомной отрасли «Наука и инновации».
Проектирование первого в России исследовательского жидкосолевого реактора началось в конце 2019 года. Сегодня этот проект входит в комплексную программу развития атомной науки, техники и технологий (КП РТТН). На новой установке можно будет отработать технологии, подобрать материалы и состав топлива.
«Топливо исследовательского жидкосолевого реактора — расплав галогенидов, содержащий делящиеся материалы, который также является теплоносителем. Конструкция ИЖСР предусматривает вариативность химического состава топливной соли», — рассказывает Денис Индык.
Расплав топливной соли — крайне агрессивная среда, и не каждый материал ее выдержит. Поэтому, пока физики-ядерщики разрабатывают сам реактор и ищут перспективные составы топлива, материаловеды подбирают подходящие сплавы для конструкции — с высокой коррозионной стойкостью и хорошими механическими свойствами. Один из наиболее перспективных компонентов — никель.
Все наработки воплотятся в промышленном образце — реакторе-сжигателе минорных актинидов.
Минорные актиниды — трансурановые элементы, образующиеся при работе ядерного реактора. Их образуется не так уж много, но у них очень большой период распада — сотни и тысячи лет. В реакторе-сжигателе их можно будет превращать в элементы с меньшим полураспадом.
С целью дожигания минорных актинидов в Северске строят быстрый реактор со свинцовым теплоносителем (БРЕСТ), а на Белоярской АЭС проектируют реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем (БН-1200). Нужен ли тогда еще и жидкосолевой?
«Баланс сжигания минорных актинидов как нарабатываемых, так и, что важно, накопленных, оставляет зоны каждому из этих проектов», — отмечает Денис Индык.
Будущий промышленный жидкосолевой реактор станет «хранилищем» минорных актинидов. Там они будут превращаться в элементы, обладающие более низким классом опасности. Захоранивать такие отходы значительно дешевле.
А пока ученые будут отрабатывать технологию. Исследовательский жидкосолевой реактор решили строить в Горно-химическом комбинате в Железногорске. Установку планируют запустить в 2031 году.
Полную версию статьи читайте на сайте TechInsider.
***
Подписывайтесь на канал и следите за новостями науки.