Учёные США научились производить ядерное топливо для модульных АЭС на расплавах солей, но это не точно

Учёные Национальной лаборатории Айдахо (INL) сообщили о серьёзном продвижении в создании технологии для производства ядерного топлива для малых модульных реакторов на расплавах солей. Это будут ультрасовременные, безопасные и эффективные реакторы, первым из которых обещает стать установка Natrium компании TerraPower, главным инвестором которой считается Билл Гейтс (Bill Gates).

Источник изображений: INL

Исследователи INL совершили прорыв в производстве солей урана, подходящих для реакций деления в реакторах на расплавах хлоридных солей. Реактор на расплаве солей грубо похож на обычный трубопровод, в который с одной стороны подаётся смесь соли-носителя и топлива. Смесь разогревается до 600–900 °C, и на выходе из «трубы» отбирается для переработки и частичной утилизации, но в основном идёт для новой загрузки в реактор снова и снова.

Поскольку реактор на расплаве солей работает при обычном атмосферном давлении, риск аварий сведён к минимуму. Радиоактивных отходов тоже немного. Из явных проблем была только одна серьёзная — с топливом, которое в виде так называемого топлива HALEU (металлического высокопробного низкообогащённого урана) почти в полном объёме закупалось (и закупается) в России.

Исследователи INL с 2020 года работают над производством топлива для реакторов на расплавах солей в США. Для большей эффективности, с целью достичь в этом 90 %, было решено использовать обеднённый уран для создания аналогов трихлорида урана (UCl₃) или тетрахлорида урана (UCl₄). Эти соли уранового топлива хорошо растворяются в теплоносителе — в хлориде натрия, но их производство сопряжено с целым комплексом технологических трудностей. В частности, пять лет назад группа INL проекта MCRE (Molten Chloride Reactor Experiment, или, по-русски, экспериментальный реактор с расплавом хлорида) могла за один цикл производить не более 85 граммов топлива. В то же время для запуска реакции деления в реактор нужно было загрузить 3,5 т топлива.

Установка MCRE

Новая установка и недавно испытанный техпроцесс позволили за один цикл производить 18 кг топлива. Учёные назвали это прорывом и к октябрю 2025 года обещают синтезировать ещё пять подобных партий топлива. Весь полученный объём будет использован для испытаний материалов реактора на устойчивость к коррозии и высоким температурам — двум главным опасностям реакторов на расплавах солей.

«После многих лет экспериментов и доработок мы, наконец, нашли правильный процесс, чтобы добиться идеального результата, — говорят учёные проекта MCRE. — Требуется особая настойчивость, чтобы продолжать работать над проблемой, когда нет гарантии, что вы найдёте решение».

На площадке в Вайоминге компания TerraPower уже начала модернизацию инфраструктуры для будущего строительства реактора Natrium на расплавах солей. Запуск демонстратора ожидается в 2028 году, а коммерческой установки — в 2035. Остаётся надеяться, что к тому времени учёные создадут техпроцесс для производства достаточного объёма топлива для таких реакторов, поскольку 18 кг за цикл проблему не закроет даже в теории.