Компания Georgia Power сообщила, что реактор проекта AP1000 компании Westinghouse на площадке АЭС Vogtle в штате Джорджия запустил самоподдерживающуюся реакцию ядерного деления. Это первый построенный за 30 лет в США ядерный реактор и первый по проекту AP1000. Ввод энергоблока в эксплуатацию ожидается к маю или июню этого года после комплексных испытаний реактора и повышения нагрузки до номинального значения 1250 МВт.

Энергоблок Vogtle 4. Источник изображения: Georgia Power

Строительство двух реакторов AP1000 поколения III+ с полностью пассивными системами безопасности и модульной конструкцией началось в 2013 году. Вскоре с реализацией проекта начались трудности, что в итоге заставило компанию Toshiba оформить банкротство дочерней компании Westinghouse и искать деньги, чтобы не обанкротиться самой. Как следствие этого процесса подразделение по производству флеш-памяти Toshiba было продано консорциуму сторонних компаний.

Достройкой реактора Vogtle 3 занялись местные компании Southern Nuclear и Georgia Power, с чем они справились. До этого четыре реактора по проекту AP1000 смогли построить в Китае местные компании. Юридически продажа Westinghouse корпорациям Cameco и Brookfield Renewable Partners должна быть закрыта до конца текущего года. Toshiba купила Westinghouse в 2006 году.

На площадке АЭС Vogtle строится ещё один реактор AP1000 — Vogtle 4. Для Westinghouse и её новых хозяев продолжение работы и запуск второго модуля важны в дальнейшей перспективе. Представители Westinghouse уже заключили предварительную договорённость о строительстве до шести реакторов AP1000 в Польше. Аналогичные договорённости готовятся с властями Болгарии и Украины. Причём для украинских АЭС Westinghouse производит топливные сборки, что откроет перед ней возможность поставлять топливо на существующие атомные электростанции, построенные по советским и российским проектам.

В отличие от Европы США не собираются отказываться от мирного атома и по мере сил восстанавливают пробелы, сделанные предыдущими властями в отношении поддержки атомной индустрии. Достижение реактором Vogtle 3 стадии первой критичности подтверждает, что многое сохранено. И, кстати, если верить слухам, специалисты Westinghouse сейчас помогают французам достроить атомные реакторы во Франции. Местная компания EDF, как выясняется на практике, тоже растеряла компетенции, но это уже другая история.

Институт передовых концепций NASA (NIAS) выдал компании Positron Dynamics грант на разработку ядерного ракетного двигателя нового типа — FFRE (fission fragment rocket engine) или двигателя на осколках деления. Для реализации проекта Positron Dynamics предложила новый и неожиданный вид топливной сборки в виде легчайшего аэрогеля с вкраплениями урана. Это лучшее, что можно предложить для космоса, где каждый грамм на вес золота.

Источник изображения: NASA

Двигатели на осколках деления — это давно предложенная концепция. Сегодня ядерные двигатели в целом выходят на передний план в качестве перспективных для освоения как далёких уголков Солнечной системы, так и для полётов в ближнем космосе, где они обеспечат манёвренность и постоянный контроль над пространством. В отличие от ядерных ракетных двигателей с нагревом реактивного вещества, двигатели на осколках деления создают реактивную тягу за счёт самих продуктов деления. Это означает, что дополнительной реактивной массы не нужно и её можно заменить полезной нагрузкой.

Фактически в двигателях FFRE происходят те же процессы, что в реакторах атомных электростанций на Земле. Но в ракетном двигателе продукты деления в виде плазмы необходимо направить строго в заданном направлении для создания тяги и для защиты компонентов двигателя и корабля от разрушения неуправляемыми потоками радиоактивного вещества. Тем самым разработчикам необходимо решить два вопроса: максимальное облегчение топливных сборок с сохранением удобства обращения и контроль контура плазмы в двигателе.

Задачу максимального облегчения топливных сборок компания Positron Dynamics обещает решить с помощью упаковки урана в аэрогелевую структуру. Что касается удержания плазмы, то здесь на выручку придут сверхпроводящие магниты. Развитие сверхпроводящих магнитов значительно подстегнули исследования в области термоядерных реакторов. Там тоже необходимо удерживать перегретую плазму во избежание разрушения стенок реакторов. В отрасли достаточно наработок, чтобы их можно было использовать для конструирования ракетного двигателя с управляемым контуром плазмы, уверены в Positron Dynamics и в NASA также придерживаются этого мнения.

Список компаний, выбранных для строительства на территории Европейского союза малых модульных атомных реакторов, пополнился британской Rolls-Royce. Ранее для аналогичных программ были выбраны компании NuScale и GE Hitachi. Компания Rolls-Royce подписала Меморандум о взаимопонимании с польской компанией Industria, тогда как NuScale рассчитывает начать покорение Европы с Румынии, а GE Hitachi — с Эстонии.

Источник изображения: Rolls-Royce

Следует сказать, что основная идея государственной компании Industria, которая является частью открытого акционерного общества Industrial Development Agency JSC (IDA), заключается в создании сети атомных электростанций для производства «низкоуглеродного» водорода. Будущий кластер, помимо обеспечения польских потребителей электроэнергией, будет производить от 50 тыс. т водорода в год.

Первый типовой проект малого модульного реактора Rolls-Royce предусматривает энергетический объект мощностью 470 МВтэ. Это уменьшенная копия водяного реактора под давлением, что облегчает проектные работы и сертификацию, но ведёт к кратному увеличению объёмов ядерных отходов (мощность реактора падает на порядок, а объём материалов для реактора уменьшается не столь сильно). В Великобритании первый реактор по данному проекту обещают ввести в эксплуатацию в 2029 году, но разрешение на строительство будут получать не раньше середины 2024 года.

Согласно предварительной договорённости с Industria, первый в Польше кластер из реакторов Rolls-Royce может включать до трёх установок. Также рассматривается возможность заменить более 8 ГВт мощностей угольных электростанций в южной Польше на ММР Rolls-Royce с 2030 по 2040 годы.

Это не единственный атомный проект для Польши. Страна находится в начале процесса широкомасштабного перехода на атомную энергию в рамках планов по декарбонизации. Так, в прошлом году правительство страны выбрало реакторы AP1000 компании Westinghouse для первой части плана по строительству к 2040 году шести полномасштабных реакторов мощностью до 9 ГВт, а южнокорейская Korea Hydro & Nuclear Power согласовала отдельный план строительства АЭС в Патнове с польскими компаниями ZE PAK и Polska Grupa Energetyczna.

Не менее амбициозные планы по строительству в Польше малых модульных реакторов. В частности, неделей ранее компания PKN Orlen заявила, что готовится объявить места для размещения до 79 реакторов SMR BWRX-300 компании GE Hitachi Nuclear Energy. Также в прошлом месяце французская EDF подписала соглашение с компанией Respect Energy о разработке проектов ядерной энергетики на основе технологии Nuward SMR.

В июле 2022 года производитель меди и серебра компания KGHM Polska Miedz SA подала заявку в Национальное агентство по атомной энергии Польши об оценке электростанции VOYGR SMR компании NuScale. KGHM заявляет, что её целью является развертывание первой электростанции NuScale VOYGR SMR в Польше уже в 2029 году. Черты будущего энергетики Польши и значительной части Европейского союза меняются так быстро и так сильно, что остаётся только удивляться, о чём все думали раньше?

Эстонская компания Fermi Energia выбрала малый модульный реактор BWRX-300 компании GE Hitachi для первой в стране атомной электростанции. Реактор станет для Эстонии и зарубежных клиентов источником «чистого» электричества мощностью 300 МВтэ. Впрочем, для начала строительства придётся серьёзно изменить законодательство страны в области атомного регулирования, что должно произойти в кратчайшие сроки.

Малый модульный реактор BWRX-300 в представлении художника. Источник изображения: GE Hitachi

В сентябре 2022 года эстонская Fermi Energia объявила конкурс на проекты малых модульных реакторов, к главным преимуществам которых относятся сравнительно быстрое строительство, относительно небольшие затраты и повышенная безопасность эксплуатации. На конкурс были представлены проекты установок GE Hitachi, NuScale и Rolls-Royce. Заявки подавались к декабрю с полной технической документацией, необходимой для оценки стоимости строительства. По словам компании, при выборе технологии критериями были технологическая зрелость, создание эталонной установки, экономическая конкурентоспособность и участие эстонских предприятий в цепочке поставок.

На днях Fermi Energia сообщила о сделанном выборе. В качестве рабочего проекта выбран реактор BWRX-300 GE Hitachi. На этот выбор самое решительное влияние оказало то, что аналогичная установка будет построена в Канаде. Точнее проект BWRX-300 принят канадским регулятором для лицензирования и вскоре может начаться подготовка к строительству. Всё идёт к тому, что это будет вообще первый малый модульный реактор, построенный на североамериканском континенте. Это пока ещё не рабочая установка (как требовали условия контракта), но у остальных разработчиков нет даже этого. Реактор NuScale прошёл ряд важных этапов в получении лицензии, но заявка на начало строительства в США будет подаваться не раньше первого квартала 2024 года.

Другим важным преимуществом реактора BWRX-300 необходимо считать то, что он использует традиционное топливо, тогда как для работы реактора NuScale потребуется топливо на основе металлического высокопробного низкообогащённого уранового топлива (HALEU) с содержанием изотопа урана-235 на уровне 20 % (в обычном топливе его не более 5 %). В достаточном количестве топливо HALEU есть только у России и эстонская компания, вероятно, посчитала такую зависимость лишней.

Реактор BWRX-300

Наконец, принцип работы реактора BWRX-300 опирается на давно используемую в больших установках схему кипящих водо-водяных реакторов, у которых вода превращается в перегретый пар в активной зоне. Это всё многократно проверено на практике и очень надёжно, но при этом за счёт масштабирования в меньшую сторону приведёт к кратному увеличению радиоактивных отходов. Пожалуй, это единственный серьёзный минус у ММР, построенным по классическим схемам.

Выбор реактора BWRX-300 для реализации в Эстонии запускает процедуру разработки детального проекта для составления сметы. Дальше в дело должны вступить законодатели, чтобы создать правовую основу для реализации проекта. После этого будет запущен поиск и сертификация мест для строительства реактора. К моменту запуска стройки в Эстонии проект BWRX-300 должен во всю развиваться в Канаде, на что эстонцы сильно рассчитывают, так как в мире нет ещё ни одного такого реактора и чей-то опыт поможет избежать многих ошибок на месте. В конечном итоге ММР BWRX-300 компания Fermi Energia рассчитывает запустить к Рождеству 2031 года. Для GE Hitachi, которая надеется подмять под себя европейский атомный рынок, это будет делом чести.

Компания GE Hitachi Nuclear Energy (GEH) сообщила, что подписала контракт на строительство первого в Северной Америке коммерческого малого модульного реактора (ММР). Установка BWRX-300 будет построена совместно с канадскими компаниями Ontario Power Generation (OPG), SNC-Lavalin и Aecon рядом с АЭС «Дарлингтон» на северном берегу озера Онтарио в Кларингтоне, что в Канаде.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: GE Hitachi Nuclear Energy

Реактор BWRX-300 может начать работу на год–два раньше малого модульного реактора компании NuScale, которая стремится первой построить ММР в США. Предполагается, что на площадке Ontario Power Generation реактор BWRX-300 будет запущен в 2028 году, тогда как запуск реактора NuScale на площадке в Национальной лаборатории Айдахо отодвигается до 2029 года или на более позднее время.

Будет интересно проследить, если Канада и GE Hitachi перехватят инициативу. И GE Hitachi, и NuScale стремятся стать первыми компаниями на рынке ММР и за североамериканскими проектами последуют другие, включая европейские.

Реактор BWRX-300 относится к десятому поколению кипящих водо-водяных реакторов (BWR, boiling water reactor). Заявленная электрическая мощность установки достигает 300 МВтэ. К преимуществам BWRX-300 можно отнести простую конструкцию с естественной циркуляцией воды и пассивными системами безопасности, а также использование комбинаций обычного топлива, а не топлива типа HALEU, без которого не будет работать реактор NuScale и другие перспективные атомные реакторы.

За основу BWRX-300 был взят реактор ESBWR (Economic Simplified Boiling Water Reactor), ранее сертифицированный американским регулятором NRC. Тем самым получение сертификатов и лицензии для BWRX-300 шло по проторенному пути. Американский и канадский ядерные регуляторы продолжают координировать действия по реактору BWRX-300, что, к примеру, облегчит строительство такой же установки в США, а она рассматривается в штате Теннеси.

По контракту с канадскими компаниями GEH предоставит проект реактора, что будет включать ряд работ по проекту, в том числе проектирование, поддержку инженерного лицензирования, строительство, испытания, обучение и ввод в эксплуатацию. Наработки помогут продвинуть реакторы GEH в другие страны. Предварительные договорённости подписаны с компаниями из Польши и Великобритании. Для Hitachi это будет первый заказ на реактор с 2008 года. Важно будет запустить этот проект по возможности в срок и без превышения сметы, чего давно не наблюдалось при строительстве полномасштабных АЭС.

Компания Rolls-Royce опубликовала в своём аккаунте в Twitter изображение ядерного реактора, способного обеспечить электроэнергией лунную базу или космические миссии на Марс и к другим планетам. Тем самым компания дала понять, что занимается разработкой технологий для освоения космоса, как те же SpaceX и Blue Origin, а также другие технологические компании.

Источник изображения: Rolls-Royce

Rolls-Royce также объявила о заключении соглашения о сотрудничестве с Космическим агентством Великобритании с целью исследования возможности использования ядерной энергии для освоения космоса. Как известно, на днях Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США и Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) сообщили о сотрудничестве с целью создания ядерного теплового двигателя, который будет использоваться в ракетах для полётов в дальний космос.

Показанный микрореактор, разработанный Rolls-Royce, представляет собой автономное и энергоёмкое решение для использования в космических исследованиях поверхности других планет или спутников, или для обеспечения питанием космического корабля.

«Микрореактор Rolls-Royce разработан для использования изначально безопасной и чрезвычайно прочной формы топлива. Каждая ячейка урана покрыта несколькими защитными слоями, которые действуют как система локализации, что позволяет ей выдерживать экстремальные условия», — указала Rolls-Royce.

Джейк Томпсон (Jake Thompson), руководитель отдела инновационных продуктов и услуг Rolls-Royce сообщил, что компания использует имеющийся опыт для разработки небольших реакторов, которые будут применяться на базах на Луне или Марсе, «обеспечивая надёжную и чистую энергию для астронавтов в этих локациях».

Впрочем, Rolls-Royce не собирается останавливается на лунных базах и в партнёрстве с Космическим агентством Великобритании займётся изучением того, как можно использовать ядерную энергию для других направлений освоения космоса.

Комиссия по ядерному регулированию США (NRC) выпустила финальный пакет нормативных документов, необходимых для лицензирования постройки и эксплуатации малого модульного реактора (SMR) компании NuScale Power. Это седьмой проект реактора в истории ядерной энергетики США и первый малый модульный, который был одобрен регулятором для использования в стране. Но самый первый в мире реактор NuScale может появиться в Польше.

Источник изображений: NuScale Power

Комиссия NRC приняла заявку NuScale на сертификацию проекта атомной станции с числом модулей до двенадцати штук мощностью 50 МВтэ каждый в марте 2018 года. Впоследствии базовая мощность каждого модуля была увеличена до 77 МВтэ. Регулятор выпустил финальный технический обзор проекта в августе 2020 года. В июле 2022 года Комиссия NRC проголосовала за сертификацию проекта. Полная конструкторская документация проекта была завершена в конце прошлого года. Теперь регулятор завершил лицензирование станции, что позволит внести малый модульный реактор в национальный реестр объектов, допущенных к постройке и эксплуатации. Решение вступает в силу с 21 февраля.

Лицензирование проекта означает, что любое коммунальное предприятие в США, которое пожелает построить атомную электростанцию по проекту NuScale, может получить комбинированную лицензию на строительство и эксплуатацию этого объекта. От заказчика потребуется лишь лицензировать выбранную для этого площадку.

В США первую АЭС по проекту NuScale из шести модулей собирается строить компания Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS). АЭС в качестве демонстрационной установки будет построена на площадке в Национальной лаборатории Айдахо. UAMPS планирует подать заявку на получение комбинированной лицензии в NRC в первом квартале 2024 года, первый модуль станции будет введен в эксплуатацию к 2029 году, а полная эксплуатация станции стартует в 2030 году (на два–три года позже ранее озвученных планов).

Может так случиться, что первый в мире малый модульный реактор NuScale Power начнёт работать за пределами США. Ранее компания заключила соглашения о развёртывании установок SMR в таких странах, как Украина, Польша, Румыния, Чехия и Иордания. Более того, с польским поставщиком меди и серебра KGHM Polska Miedź SA заключено окончательное соглашение, которое предполагает запуск реактора в Польше уже в 2029 году.

Реактор NuScale VOYGR не является революционным продуктом. Он использует те же принципы работы, что и большие реакторы. В нём обычная система из топливных сборок, вода под давлением и газовые турбины (генераторы). Новым будет то, что реактор и большинство контуров изготавливаются на заводе почти в законченном виде. Это значительно ускоряет завершение проектов и делает их менее дорогостоящими. Есть опасения, что подобный подход до 35 раз увеличит объём ядерных отходов, но это будет компенсировать генерация всё больших объёмов чистой электроэнергии, к которой временно приравняли атомную энергетику.

Группа учёных инженерного факультета Корнеллского университета получила грант NASA на разработку керамических радиаторов для охлаждения силовых ядерных установок для космоса. Керамика обеспечит снижение веса радиаторов и работу агрессивных хладагентов, что невозможно в случае металлических тепловых трубок и радиаторов. Также керамика позволит 3D-печать радиаторов из пористых материалов, повышая их эффективность и облегчая производство.

Источник изображения: NASA

Согласно новой стратегии Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) и ООН, дальнейшее освоение космоса станет невозможным без переноса ядерных технологий в космические программы. В США оборонные исследовательские ведомства уже начали запускать соответствующие программы и выдавать гранты. Космические корабли с силовыми ядерными установками от электрических до использующих энергию деления ядер для реактивного выброса рабочего вещества смогут летать дальше и дольше, а без этого изучение и освоение Солнечной системы не имеет значимых перспектив.

Исследователи из Корнеллского университета получили деньги на работу в рамках программы AdVECT (Additive Vehicle-Embedded Cooling Technologies). Проект направлен на создание новых керамических теплоотводящих технологий, пригодных для ядерных энергетических систем, включая атомные реакторы для работы на поверхности планет (Fission Surface Power), которые однажды смогут обеспечить работу лунной базы, и ядерные электрические двигатели, которые смогут эффективно направлять ракеты к Марсу.

В рамках гранта учёные будут разрабатывать новые керамические смолы и методы аддитивного производства для 3D-печати таких компонентов, как пористые керамические радиаторы со встроенными теплопроводами. Для оптимизации механической прочности и других свойств керамики будут использоваться рентгеновская съёмка, термический анализ и испытания в вакуумной камере.

Перед учёными стоит задача преодолеть ограничения в технологиях охлаждения, которые сегодня используются для освоения космоса, а это относительно тяжёлые радиаторы с металлическими тепловыми трубками, что ограничивает будущие миссии. Более лёгкая по весу альтернатива в виде углеродно-композитных материалов также не подходит для решения таких задач, поскольку такие материалы плохо переносят космические условия. Зато керамика открывает небывалые перспективы в космических системах охлаждения, что учёные берутся доказать на практике.

Американская компания NuScale сообщила, что разработка конструкторской документации типового проекта атомной электростанции на малых модульных реакторах VOYGR завершена досрочно. Это послужит отправной точкой для развертывания конкретных проектов на площадках. Интерес к реакторам NuScale проявили страны Восточной Европы, Канада и ряд других. С выпуском документации преград на пути к строительству больше нет.

Источник изображения: NuScale

Пакет конструкторской документации по проекту включает в себя свыше 12 тыс. вложений, куда входят полные расчёты материалов, перечни оборудования, спецификации, архитектурные и строительные чертежи и спецификации, подробные спецификации и расчеты системного дизайна, электрические схемы и перечни нагрузок, а также схемы механических трубопроводов и КИП. Сверх того, в комплект включена «всеобъемлющая 3D модель» электростанции.

Каждый энергетический модуль NuScale, на котором базируются атомные электростанции VOYGR, представляют собой реактор с водой под давлением, в котором все компоненты для производства пара и теплообмена объединены в единый блок мощностью 77 МВтэ. Это первый проект ММР, получивший одобрение Комиссии по ядерному регулированию США. Компания предлагает 12-модульную электростанцию VOYGR-12 мощностью 924 МВтэ, а также четырехмодульную VOYGR-4 (308 МВтэ) и шестимодульную VOYGR-6 (462 МВтэ) и другие конфигурации в зависимости от потребностей заказчика.

Основные компоненты реактора можно почти целиком изготавливать на заводе, а не на месте, как это происходит в случае строительства больших реакторов. Это значительно ускоряет строительство и ввод в эксплуатацию с хорошим контролем расхода средств, с чем не дружат масштабные стройки классических АЭС. Например, корейцы уже готовы штамповать корпуса реакторов NuScale на массовой основе, что обещает удешевить общие затраты.

В США компания NuScale вблизи Айдахо-Фолс с помощью коммунального предприятия Utah Associated Municipal Power Systems планирует построить АЭС из шести модулей. Ожидается, что ввод в эксплуатацию состоится к 2030 году. Недавно этот план подвергся интересной модификации. Компания Shell договорилась с NuScale создать в рамках данного проекта установку по добыче водорода из излишков вырабатываемых модулями тепла и электричества. Это будет отдельный проект, который не потребует значительных изменений в базовой документации.

Власти Японии забыли об аварии на АЭС «Фукусима» или вынуждены сделать это под давлением глобального энергетического кризиса и необходимости декарбонизации экономики. Сегодня Управление по ядерному регулированию Японии одобрило план Министерства экономики и промышленности страны по резкой смене курса в энергетике. В работу не только вернут старые реакторы, но также будут построены новые реакторы, чтобы к концу десятилетия утроить долю выработки энергии АЭС.

Вид на АЭС «Фукусима-1». Источник изображения: Shohei Miyano, ASSOCIATED PRESS

Авария на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году после землетрясения и цунами привела к остановке всех действующих атомных реакторов в Японии. В 2012 году впервые с 1970 года в стране не работал ни один атомный реактор. Реакторы в очень ограниченном количестве начали возвращать к работе с 2015 года, потому что альтернативы им не нашлось. Эти мероприятия считались временной мерой, а задача стояла к 2030 году полностью отказаться от атомной энергетики.

В этом году ситуация в мире радикально изменилась. Развитым странам стали недоступны энергоносители по приемлемой цене. Ещё летом премьер-министр Японии Фумио Кисида (Fumio Kishida) призвал запустить к зиме как минимум 9 из 10 разрешённых к продлению работы реакторов. Если верить свежей публикации Associated Press, в Японии всё же сумели ввести в эксплуатацию 10 реакторов из 17 допущенных к продлению сроков службы. Всего заявки были поданы на продление эксплуатации 27 реакторов.

Сегодня доля АЭС в электрогенерации в Японии составляет от 7 до 10 %. Согласно новому плану, к 2030 году эта доля должна увеличиться до 20–22 %. Больше речь не идёт об отказе от атомной энергетики в стране. Срок эксплуатации АЭС сможет теперь превышать 60 лет, а также будут построены новые реакторы. И если ранее работу реакторов в Японии продлевали после 40 лет работы на 20 лет (а теперь это можно будет делать не один раз), то согласно новому плану вопрос продления работы будет подниматься после 30 лет эксплуатации реакторов сроками на 10 лет до следующей экспертизы.

Японские эксперты считают, что новый план позволит коммунальным компаниям оставаться со старым оборудованием намного дольше и не вкладываться во что-то новое, например, в возобновляемые источники энергии. Что касается инновационных ядерных реакторов и термоядерных реакторов, о которых новые власти страны говорят как о перспективных для энергетики, то обсуждать тут особенно нечего. До 2030 года и даже дольше это всё будут только планы, которые не согреют и не обеспечат Японию энергией. Поэтому всё, что есть у страны — это проверенные временем реакторные технологии со своими плюсами и явными минусами.

Основанная Биллом Гейтсом компания TerraPower объявила о задержке как минимум на два года запуска перспективного ядерного реактора на расплавах солей. Вместо 2028 года новый реактор начнёт работу после 2030 года. Причина заключается в отсутствии необходимого топлива в США. Сегодня все его поставки идут в основном из России. Американские законодатели обещают приложить все усилия, чтобы в «реактор Гейтса» заложили топливо местного производства.

Источник изображения: TerraPower

Перспективные атомные реакторы на расплавах солей и ряд альтернативных проектов малых модульных реакторов ориентированы на топливо из обогащённого до 20 % урана-235. Это так называемое металлическое высокопробное низкообогащённое урановое топливо (HALEU). Небольшое его количество производится в США, но оно неспособно решить задачи американской энергетики. Основные его поставки идут из России, о чём неоднократно предупреждали и эксперты и законодатели, что крайне опасно с точки зрения национальной безопасности США.

Разработчики перспективных атомных реакторов в США не стали ждать решения вопроса с топливом и подготовили ряд проектов к началу строительства, надеясь, что вопрос с топливом со временем как-то решится. Далеко вперёд в этом вопросе вышел проект Natrium компании TerraPower. Только в прошлом году он получил грант от властей США на сумму свыше $1,5 млрд.

Демонстрационную АЭС на опытном реакторе Natrium решено строить рядом с угольной электростанцией Naughton вблизи города Кеммерер в штате Вайоминг. Заявку на начало строительства компания рассчитывала подать в середине 2023 года, чтобы к 2027 или 2028 году ввести АЭС в эксплуатацию. Это должен был быть малый модульный реактор мощностью 345 МВтэ. Топливо в него подаётся в расплаве солей натрия, что отражено в названии проекта. В ходе реакции распада возникают быстрые нейтроны, энергию которых получает носитель и дальше нагревает воду, которая превращается в пар и вращает турбину.

Конструкция и принцип работы реактора Natrium позволяют создать внушительный буфер по накоплению тепла с пиковой мощностью 500 МВтэ. Это даёт возможность балансировать мощностью для сглаживания нагрузок, что невозможно в случае классических реакторов.

Отсутствие поставок топлива HALEU из России минимум на два года задержит запуск реактора Natrium и электростанции на его основе. Несмотря на это компании TerraPower и её партнёр в лице компании Global Nuclear Fuel-Americas (GNF-A) в октябре этого года официально запустили строительство завода по изготовлению топлива для реактора Natrium и других проектов. Топливо будет изготавливаться из сырья HALEU неизвестного пока происхождения.

Перспективным поставщиком топлива HALEU американского производства может стать компания Centrus Energy. Она уже выпускает его в небольших объёмах и через несколько лет обещает увеличить производство. Помочь в этом могут новые законодательные инициативы в США. Отрасль нуждается как в стимуляции, так и в переменах, а без поддержки государства бизнес не готов идти на риск.

Китай стал первой страной в мире, где начал работать модульный реактор. Вчера каждый из двух реакторов «Шидаовань-1» (Shidaowan-1) вышел на номинальную тепловую мощность 250 МВт(т). Для этого им понадобился один год. Оба реактора крутят одну газовую турбину электрической мощностью 211 МВт(э). Успешное завершение проекта открывает дорогу к созданию установки с шестью реакторами для обслуживания одной 650-МВт(э) турбины.

АЭС «Шидаовань» с парой реакторов HTR-PM. Источник изображения: CNNC

Реактор «Шидаовань-1» интересен не только модульным подходом, хотя это путь к гибким проектам в широком диапазоне задач и стоимости. Ключевой интерес к проекту заключён в том, что это первый в мире новейший проект высокотемпературного газоохлаждаемого реактора с галечным слоем (HTR-PM). Топливом служат 60-мм шарики из графита, внутри которых находится обогащённый до 8,5 % уран-235. Шарики лежат в реакторах, как галька на пляже, а сквозь неё продувается нагретый до 250 °C гелий. В каждом реакторе около 245 тыс. таких шариков.

При проходе сквозь «галечный слой» гелий разогревается до 750 °C. На входе в турбину температура ниже — она опускается до 567 °C. Топливные шарики выдерживают температуры до 1620 °C без разрушения, что сохраняет их целостность даже в случае аварий. Технология считается высоконадёжной и перспективной. Настолько, что власти Великобритании сделали ставку на HTR-PM-реакторы как на самые перспективные для будущего развёртывания в стране.

Китайский реактор «Шидаовань-1» ещё не принят в коммерческую эксплуатацию. Но этот шаг не задержится. Площадка «Шидаовань», как ожидается, вместит ещё 18 реакторных блоков. В этом вся ценность модульного подхода — реакторы строятся относительно быстро, сравнительно недорого и по мере появления в них потребности.

Китай не намерен отставать от США в вопросах исследования и освоения Луны — Поднебесная объявила, что к 2028 году намерена построить на Луне свою первую базу. Причём строительство завершится за годы до того, как на спутнике Земли высадятся первые китайские тайконавты.

Источник изображения: Luke Stackpoole/unsplash.com

Как сообщает китайское информационное агентство Caixin, лунная база, вероятно, будет обеспечена энергоснабжением за счёт ядерного реактора. В исходной конфигурации она будет включать посадочный модуль, бункер, орбитальный модуль и лунный ровер. Всё это будет построено или доставлено в ходе шестой, седьмой и восьмой миссий «Чанъэ».

«Наши тайконавты, вероятно, смогут отправиться на Луну в ближайшие 10 лет», — заявил главный конструктор китайской программы по освоению Луны У Вэйжень (Wu Weiran) в одном из интервью на этой неделе. По его словам, атомная энергия сможет решить проблему долговременного снабжения лунной станции энергией в больших объёмах.

В последние годы Китай наращивает амбиции в освоении космоса, реализуя околоземные, лунные и даже марсианские проекты. Только недавно было заявлено о намерении организовать в ближайшем будущем строительство космической солнечной электростанции для обеспечения электричеством наземных потребителей.

В ближайшей перспективе Китай остался, пожалуй, единственным конкурентом США в части изучения и освоения Луны — NASA намерено снова высадить на Луне астронавтов до конца этого десятилетия. При этом ранее сообщалось, что Китай будет сотрудничать с Россией при строительстве лунной станции. Заметим, что Россия отменила разработку лунной ракеты, а также отложила уже запланированные лунные миссии — так, исследовательский аппарат «Луна-25» теперь планируется запустить летом 2023 года, хоть раньше пуск намечался на минувший октябрь. Как Китай, так и США тратят миллиарды долларов не только на то, чтобы отправить людей на Луну, но и получить доступ к ресурсам, которые будут способствовать появлению жизни на лунной поверхности или отправлять корабли к Марсу.

В 2019 году Китай стал первой в мире страной, высадившей ровер на обратной стороне Луны, а позже доставил на Землю собственные образцы лунного грунта. Ожидается, что база станет первым аванпостом на южном полюсе Луны — учёные считают, что здесь проще всего будет обнаружить воду, на этот же регион нацеливается в своих проектах и NASA. В будущем Китай рассчитывает расширить базу, превратив её в международную исследовательскую станцию.

На днях на заседании Совета ИТЭР были озвучены опасения о серьёзных задержках по проекту термоядерного реактора ИТЭР. В ходе сборки активной зоны термоядерного реактора выявлены трещины на трубопроводах системы охлаждения. На корпусе вакуумной камеры в составе теплового экрана около 23 км труб, от надёжности которых зависит работа всего реактора. Устранить неисправность на месте нельзя. Масштаб проблем уточняется.

Внешняя сторона вакуумной камеры активной зоны реактора. Источник изображений: ITER

В яме реактора собрано четыре из девяти секций вакуумной камеры активной зоны, по которой должна циркулировать нагретая до более чем 150 млн °C плазма. Четыре секции должна была изготовить Южная Корея (Hyundai Heavy Industries) и пять ЕС. В принципе работы по изготовлению секций практически завершены. Первую секцию опустили в шахту в мае этого года, затем вторую, третью и четвёртую, которые последовательно сваривали друг с другом, включая совмещение системы трубопроводов для охлаждения.

Признаки дефектов в системе трубопроводов были обнаружены ещё в ноябре 2021 года, когда гелиевые испытания выявили утечку на элементе теплового экрана вакуумного сосуда (сектора), поставленного на площадку в 2020 году. Экспертиза установила, что причиной дефекта стало напряжение металла, «вызванное изгибом и сваркой труб с панелями теплового экрана, усугублённое медленной химической реакцией из-за наличия остатков хлора в некоторых небольших областях вблизи сварных швов труб».

Были из этого сделаны выводы или нет, но в процессе сварки четвёртого сектора трещины в трубах системы охлаждения стали видны невооружённым глазом. Согласно выводам экспертов, исправить дефект в шахте реактора нельзя. Сегменты необходимо разбирать, поднимать из шахты и ремонтировать наверху либо заказывать новые изделия полностью. Обнаруженные дефекты самым серьёзным образом повлияют как на график работ, так и на стоимость проекта.

Выявленная рентгеновской установкой трещина в трубопроводе системы охлаждения

Генеральный директор ИТЭР Пьетро Барабаски сказал: «Если и есть что-то хорошее в этой ситуации, так это то, что она происходит в тот момент, когда мы можем её исправить. Опыт, который мы приобретаем в работе с первыми в своем роде компонентами ИТЭР, пригодятся другим, когда они будут запускать свои собственные термоядерные проекты. Природа и миссия ИТЭР, как уникальной и амбициозной исследовательской инфраструктуры, таковы, что в процессе строительства ему придётся пройти через целый ряд проблем и неудач. Поэтому наша задача и долг — своевременно информировать об этом научное сообщество, чтобы оно приняло меры предосторожности при работе с однотипными сборками».

Цель ИТЭР — работать на мощности 500 МВт в течение как минимум 400 секунд непрерывно с 50 МВт потребляемой мощности для нагрева плазмы. По всей видимости, в процессе эксплуатации может потребоваться дополнительно 300 МВт электроэнергии. Электричество в ИТЭР вырабатываться не будет. Согласно последним планам после ряда переносов первая плазма должна была быть получена в 2025 году. Судя по всему, эти сроки будут пересмотрены в сторону серьёзного увеличения. Ожидается, что новые планы проведения работ будут объявлены весной 2023 года, когда новый директор ИТЭР, назначенный в сентябре этого года, полностью войдёт в курс на новой должности.

Малые модульные реакторы обещают стать настоящей находкой для промышленности и экономики в целом. Главным их достоинством считаются сравнительно малые затраты на начальном этапе запуска. Строятся они быстрее и скорее начинают выдавать электричество и тепло, хотя их мощность будет составлять всего от 10 до 30 % от возможностей обычных АЭС. Остаётся неясным, будут ли они по итогу грязнее обычных АЭС? Учёные считают, что если да, то ненамного.

Источник изображения: International Atomic Energy Agency

Сегодня в мире нет работающих малых модульных реакторов. Оценить объёмы создаваемых ими ядерных отходов можно только теоретически. Одно из первых изысканий на эту тему говорит, что ММР в среднем будут генерировать до 35 раз больше ядерных отходов, чем обычные реакторы с водой под давлением. Новое исследование, проведённое специалистами из Аргоннской и Айдахоской национальных лабораторий Министерства энергетики США (DOE) показывает, что малые модульные реакторы будут создавать сравнимые с обычными реакторами объёмы ядерных отходов.

Для оценки создаваемых ММР ядерных отходов была использована универсальная метрика, взятая на вооружение в 2014 году. Учёные давали оценку трём перспективным малым модульным реакторам: легководному VOYGR компании NuScale Power, реактору Natrium на расплавах солей компании TerraPower и реактору Xe-100 компании X-energy, который охлаждается газообразным гелием. Все эти реакторы планируется ввести в строй к концу текущего десятилетия. Они полностью или частично сертифицированы регулятором в США и понемногу движутся к реализации.

С позиции генерации ядерных отходов каждый из проанализированных реакторов имеет как преимущества, так и недостатки.

«Неправильно говорить, что поскольку эти реакторы меньше, у них будет пропорционально больше проблем по ядерным отходам, просто потому, что у них больше площадь поверхности по сравнению с объёмом активной зоны, — сказал один из авторов работы (условно, железа для захоронения больше, а выхлоп меньше). — У каждого реактора есть плюсы и минусы, которые зависят от степени выгорания топлива, обогащения урана, тепловой эффективности и других особенностей конструкции реактора».

Самым заметным фактором, от которого зависит объём ядерных отходов, остаётся степень выгорания топлива. Реакторы Natrium и Xe-100 имеют значительно более высокую степень выгорания, чем традиционные большие легководные реакторы. Они эффективнее утилизируют топливо, преобразуя его в больший объём выработанной энергии. Также оба типа ММР могут похвастаться более высоким значением КПД, чем классические большие реакторы.

При этом характеристики отработанного топлива несколько различаются между конструкциями: в этом VOYGR похож на классические реакторы, Natrium производит более концентрированные отходы с различными долгоживущими изотопами, а Xe-100 производит отработанное топливо меньшей плотности, но большего объёма.

«В целом, когда речь идет о ядерных отходах, реакторы ММР примерно сопоставимы с обычными реакторами с водой под давлением (LWR) с потенциальными преимуществами и недостатками в зависимости от того, для каких аспектов вы пытаетесь разработать проект, — сказано в исследовании. — В целом, похоже, что нет никаких дополнительных серьёзных проблем в обращении с ядерными отходами от реакторов ММР по сравнению с коммерческими отходами от крупных реакторов LWR».

В то же время реактор VOYGR компании NuScale Power хотя и является сегодня самым далеко продвинутым к практической реализации, генерирует больше всего ядерных отходов даже по сравнению с классическими реакторами. Реактор VOYGR является уменьшенной копией классических легководных реакторов и закон «больше железа и меньше рабочая зона — это больше отходов» для него полностью справедлив. Но исследователи не видят в этом проблемы.