Китай створив першу в історії масштабну атомну електростанцію, яка, за повідомленнями, є стійкою до розплавлення. Хоча цей дизайн не може бути встановлений на існуючих ядерних реакторах, він надає модель, яку можна використовувати для будь-яких майбутніх конструкцій.
Як охолоджуються ядерні реактори? Існуючі ядерні енергетичні реактори потребують охолоджувальних систем, що працюють від електрики. Природа цих систем може відрізнятися між різними конструкціями реакторів – більшість використовує воду, але деякі використовують охолоджувачі, такі як CO2, гелій, розплавлені метали або розплавлені солі – але всі вони виконують одну й ту ж функцію: відводять надлишкове тепло від активної зони реактора.
Системи водяного охолодження відомі своєю високою потужністю, що призводить до кращої теплової ефективності (основне співвідношення роботи на виході до загальної кількості теплової енергії, що надходить у систему), але вони мають недоліки. Наприклад, завжди існує ймовірність вибуху, якщо реактор зазнає розплавлення. Це тому, що якщо насоси води втрачають потужність, тепло від паливних стрижнів реактора може розщепити воду на вибухонебезпечний водень і кисень.
Це була одна з причин аварії на Фукусімській АЕС у 2011 році, коли втрата електрики призвела до перегріву паливних стрижнів, що були затоплені, і, як наслідок, до вибуху.
Реактори з газовим охолодженням менш схильні до вибухів, ніж їхні водяні аналоги, але вони також мають нижчу теплову ефективність.
Однак незалежно від типу охолоджувальної системи, у випадку аварії потрібне втручання людини для зупинки реактора, щоб запобігти катастрофі. Це зазвичай тому, що охолоджувальні системи залежать від зовнішніх джерел електрики.
Чим особливий новий дизайн реактора? Один новий (а точніше новітній) тип реакторів, відомий як реактор на основі кулястих паливних елементів (PBR), може мати рішення для проблем, властивих старим конструкціям. Ці реактори є “пасивно” безпечними, тобто вони можуть самостійно вимикатися, якщо виникають проблеми з охолоджувальною системою.
На відміну від інших реакторів, що залежать від паливних стрижнів з високою щільністю енергії, PBR використовують менші паливні “кульки” з низькою щільністю енергії у більшій кількості. Хоча вони містять менше урану, ніж традиційні паливні стрижні, їх більше. Вони також оточені графітом, який використовується для регулювання кількості нейтронної активності в ядрі. Це допомагає уповільнити ядерні реакції, що призводить до меншої кількості тепла.
Таким чином, менша щільність енергії означає, що надлишкове тепло може розподілятися по кулькам і легше відводитися.
Це може звучати добре, але до недавнього часу єдині реактори PBR були прототипами в Німеччині та Китаї. Однак, Китай тепер побудував повномасштабний високотемпературний газоохолоджувальний реактор на основі кулястих паливних елементів (HTR-PM) у Шаньдуні, який став комерційно експлуатаційним у грудні 2023 року і оснащений цими системами.
Для того, щоб їх протестувати, інженери вимкнули обидва модулі HTR-PM у той час, коли вони працювали на повну потужність.
“Щоб підтвердити наявність внутрішньо безпечних реакторів на комерційному рівні, було проведено два природні тести охолодження на модулі реактора №1 13 серпня 2023 року та на модулі реактора №2 1 вересня 2023 року”, пишуть дослідники. “Протягом усіх тестів модулі реактора охолоджувалися природним шляхом без аварійних систем охолодження ядра або будь-яких систем охолодження, що працюють від електрики.”
Результати, які щойно були опубліковані, показують, що HTR-PM самостійно охолоджувався, досягнувши стабільної температури протягом 35 годин після відключення електроенергії.
Можливість тестування робочого ядерного реактора шляхом вимкнення його системи охолодження є надзвичайно рідкісною. Це стало можливим тільки завдяки унікальній системі HTR-PM, і хоча потрібні подальші тести для забезпечення правильного функціонування системи, сподіваються, що це послужить моделлю для майбутніх реакторів в інших місцях.
“Підсумовуючи, проведені тести втрати охолодження підтверджують внутрішню безпекову характеристику першої в світі демонстраційної установки HTR-PM”, написала команда. “Для досягнення мети пом’якшення наслідків зміни клімату ми ініціювали нові проєкти, спрямовані на надання високотемпературної пари до 500°C [932°F] та електроенергії для нафтохімічної промисловості в Китаї.”
“Модулі реакторів для комерційних установок спроєктовані відповідно до тієї ж стандартної конструкції.”