Технологии ядерной энергетики нового поколения в последние годы особенно активно развиваются в Китае, где большое внимание уделяется установкам на расплавленной соли с использованием тория.
Такое направление сочетает повышенную безопасность, высокую эффективность и длительный срок службы. Хотя концепцию жидкого топлива сформировали в США в середине прошлого века, именно Китай впервые довёл теоретические идеи до устойчивой практической реализации, использовав при этом рассекреченные архивы Национальной лаборатории Оук Ридж.
В Поднебесной подобные реакторы уже рассматриваются как инструмент долгосрочной энергетической независимости.
Приглашаю тебя подписаться на мой уникальный 2-ой канал, про страны, народы, советы и топ-подборки:
https://dzen.ru/turist_prikolist
Принципы работы реакторов на расплавленной соли
Солевые реакторы отличаются от привычных тем, что топливо представляет собой жидкую смесь фторидов лития, бериллия и тория двести тридцать два с добавлением делящихся изотопов.
Под воздействием нейтронов торий превращается в протактиний двести тридцать три, который затем становится ураном двести тридцать три, выделяющим энергию.
При этом отсутствуют традиционные твердотопливные сборки, так как соль выполняет роль и теплоносителя, и топлива, циркулируя при обычном давлении.
Системы работают при температурах 600-700 градусов и обеспечивают высокий коэффициент полезного действия. Реакторы допускают очистку в режиме реального времени, включая удаление газов и изъятие протактиния для повышения эффективности.
В ториевом цикле один килограмм сырья даёт значительно больше энергии, чем аналогичное количество топлива в легководных реакторах, а переработка остатков производится непосредственно на месте.
Эксперименты в США
Ещё в сороковых годах прошлого века в Оук Ридже появились идеи применения жидких солей как ядерного топлива. Юджин Вигнер и его коллеги рассматривали фторидные смеси для высокотемпературных реакторов, изначально ориентируясь на нужды военной авиации.
В 1954 году создали установку Aircraft Reactor Experiment мощностью две целых пять десятых мегаватта, работавшую на солях урана при температуре около девятисот градусов.
За девять дней эксперимент дал около ста мегаватт часов энергии и подтвердил, что жидкое топливо способно работать устойчиво даже при экстремально высоких температурах, несмотря на перегревы и утечки газов.
Следующим проектом стал Molten Salt Reactor Experiment, запущенный в 1965 году. В реакторе мощностью семь целых четыре десятых мегаватта применяли смесь солей LiF BeF2 ZrF4 UF4 и графитовый замедлитель.
Изначально MSRE использовал уран двести тридцать пять, позже уран двести тридцать три, полученный из тория. Эксперимент продемонстрировал тысячи часов стабильной работы, возможность дозаправки без остановки и выработку более девяносто двух гигаватт часов энергии.
Он перенёс свыше двухсот отключений, связанных в основном с засорами и работой насосов, но подтвердил надёжность солевого топлива.
Несмотря на результаты, в 1969 году программу закрыли. В начале семидесятых предлагались крупные проекты ториевых разводящих реакторов, но ресурсы США переключили на быстрые реакторы, которые были более актуальны в условиях холодной войны.
В программу вложено более миллиарда долларов, что сегодня эквивалентно примерно семи миллиардам, но материалы десятилетиями пролежали в архивах.
Преимущества и ограничения технологии
Ториевые солевые реакторы имеют ряд ключевых преимуществ. Торий встречается в земной коре заметно чаще урана, а сам цикл оставляет минимум долгоживущих отходов. Установки производят в десятки раз меньше актинидов и отличаются безопасностью благодаря отрицательному температурному коэффициенту реактивности.
При перегреве реакция стабилизируется автоматически, а в нештатной ситуации расплавленная соль уходит в дренажные резервуары, где твердеет.
Подобные реакторы способны сжигать трансурановые элементы и быстро адаптироваться к изменению нагрузки, что делает их удобными для современных энергосистем. Уран двести тридцать три, получаемый из тория, содержит примеси, препятствующие его военному применению.
Сложности также существуют. Солевые смеси вызывают коррозию, требуя специальных материалов вроде Hastelloy N. Тритий легко проникает через стенки и должен улавливаться. Графитовый замедлитель быстро изнашивается, а переработка солей усложняет эксплуатацию.
В 1960 х доступность MSRE не превышала сорока процентов, но современные материалы заметно улучшили показатели.
Китайский прорыв
Полномасштабные исследования солевых реакторов Китай начал в 2011 году, вложив примерно три миллиарда юаней. Специалисты Шанхайского института прикладной физики изучили рассекреченные американские материалы и адаптировали их для современных задач.
В 2021 году в пустыне Гоби был запущен первый в мире жидкотопливный ториевый реактор TMSR LF1 мощностью два мегаватта.
В 2025 году установку впервые дозаправили без остановки, после чего получили устойчивую конверсию тория двести тридцать два в уран двести тридцать три.
Реактор работает при температуре около шестисот градусов и обеспечивает энергией примерно две тысячи домохозяйств, используя исключительно китайские технологии.
В планах создание десятимегаваттной станции к 2029 году и демонстратора на сто мегаватт к 2035. В районе Wuwei строятся подземные сооружения по двенадцать мегаватт для испытания новых материалов.
Обзор месторождений 2020 года выявил двести тридцать три зоны с запасами тория. Комплекс Байянь Обо содержит до миллиона тонн, а отходы добычи железа дают объём, которого хватило бы США на тысячу лет, а Китаю примерно на шестьдесят тысяч.
Торий часто встречается вместе с редкоземельными элементами, что упрощает добычу и делает производство более экономичным.
Приглашаю тебя подписаться на мой уникальный 2-ой канал, про страны, народы, советы и топ-подборки:
https://dzen.ru/turist_prikolist
Глобальные перспективы
Успехи Китая вызывают интерес других стран. В Европе развиваются проекты SAMOSAFER и EVOL, в Канаде ведутся работы над модульными установками для переработки отходов, а Япония продвигает проект FUJI.
Для Китая эти реакторы становятся важной частью стратегии достижения углеродной нейтральности к 2060 году, а на западе страны планируется строительство нескольких десятков солевых станций.
На международном уровне рассматриваются перспективы применения такой технологии не только в наземной энергетике, но и в судостроении и даже в будущих лунных базах.
Компактность, безопасность и гибкость ториевых реакторов делают их одной из самых обсуждаемых составляющих энергетики двадцать первого века.