Ядерная энергия впечатляет. Статистически она является одной из самых безопасных форм энергии, которую мы имеем, при этом производя меньше выбросов углекислого газа на единицу энергии, чем возобновляемые источники энергии. И в отличие от возобновляемых источников, ядерная энергия доступна по требованию. Однако, это далеко не идеально. Ядерная энергия невероятно дорога, отчасти из-за обоснованно огромных требований к безопасности. Тем не менее, общественность и политики не осведомлены о том, насколько безопасна ядерная энергия, и поэтому существует значительное политическое сопротивление расширению ядерной энергетики. Но Китай решил эти две проблемы с помощью своего нового революционного безаварийного реактора.
Но прежде чем мы рассмотрим этот удивительный реактор, нам сначала нужно напомнить, как работает ядерный реактор и что такое авария (плавление активной зоны).
Все начинается с ядерного топлива, которым обычно является уран. Ядерное топливо «обогащено» для содержания большего количества изотопа урана-235 (U-235), обычно до 5% от его массы. U-235 сам по себе не является сильно радиоактивным, но он может поглощать низкоэнергетические нейтроны и превращаться в U-236. U-236 невероятно нестабилен и почти мгновенно распадается на три свободных нейтрона, криптон, барий и большое количество энергии в виде тепла. Эти нейтроны могут вызвать распад еще трех атомов U-235 (также известный как деление), что позволяет ядерной цепной реакции происходить. Продукты распада, криптон и барий, радиоактивны и распадаются на многочисленные элементы в течение тысяч лет, из-за чего ядерные отходы остаются радиоактивными.
Все, что делает ядерная электростанция, - это использует это тепло для превращения воды в пар, пропускает этот пар под высоким давлением через турбину для производства электроэнергии и контролирует ядерную цепную реакцию.
Подавляющее большинство ядерных реакторов используют графитовые управляющие стержни для управления реакцией. Эти стержни поглощают нейтроны, значительно замедляя реакцию. Таким образом, вставка этих стержней в реактор замедляет реакцию, а их извлечение ускоряет ее.
Итак, что же такое авария (плавление активной зоны)?
Очень редко происходит ядерный инцидент, при котором управляющие стержни выходят из строя, и ядерная цепная реакция выходит из-под контроля. В ядерном топливе накапливается огромное количество тепла, и когда его температура превышает 1600 °C, оно плавится. Эта перегретая, сильно радиоактивная лава стекает на дно реактора и может расплавить оболочку реактора и систему охлаждения. Она может выйти за пределы контура и распространить высокорадиоактивные частицы в окружающую среду.
Это частично объясняет, почему ядерная энергия так чертовски дорога. Необходимо принять все меры предосторожности, чтобы этот сценарий не произошел. Таким образом, все, от конструкции реактора до его расположения и процедур на случай чрезвычайной ситуации, должно быть тщательно проверено и утверждено, что занимает годы и десятки миллионов долларов.
Но что, если бы мы создали реактор, который просто не мог бы расплавиться ни при каких обстоятельствах? Это не только ослабило бы значительное политическое сопротивление ядерной энергетике, но и сделало бы ядерную энергию значительно дешевле.
Именно этого и добивается новый высокотемпературный газоохлаждаемый реактор с модулем на основе топливных шариков (HTR-PM) в Китае.
Как следует из названия, он использует технологию топливных шариков для предотвращения аварий. Вместо использования топливных и управляющих стержней он использует графитовые шарики размером с теннисный мяч. Внутри этих шариков находятся тысячи крошечных ядерных топливных частиц, покрытых многослойной термостойкой керамикой, известной как TRISO-частицы. Графитовая оболочка выполняет функцию управляющих стержней, что означает, что ядерная реакция всегда ограничена. Но даже если ядерная реакция выходит из-под контроля, керамическое покрытие TRISO-частиц удерживает ядерное топливо, даже если оно плавится. Таким образом, этот реактор может достигать температур, намного превышающих точку плавления, и оставаться безопасным.
Более того, эти шарики имеют гораздо большую поверхность, чем обычные ядерные топливные стержни, и, следовательно, могут пассивно охлаждаться намного быстрее, что означает, что этот реактор гораздо менее вероятно достигнет температур плавления, чем обычный реактор.
Все это означает, что этот ядерный реактор не подвержен авариям!
HTR-PM - первый в мире коммерческий реактор, использующий эту технологию. Таким образом, мы все еще ждем, чтобы увидеть, оправдает ли он свои обещанные преимущества.
Но вот интересный факт. Эту технологию изобрели не в Китае. На самом деле, она была изобретена американцем в 40-х годах, а коммерциализация началась в Западной Германии в 60-х. Работа, проведенная в 60-х, была лицензирована Китаю для окончательной доработки продукта. Таким образом, хотя невероятно, что эта технология наконец-то воплощается в жизнь, это удручающе, что на Западе мы не смогли ее довести до конца. Наша ядерная индустрия тормозит, и такие инновации могут ее спасти; нам просто нужно решительно продвигаться в области атомной энергии.