Британская компания Tokamak Energy предложила более мощный демонстратор термоядерного синтеза. Сегодня она располагает установкой ST40, которую намерена заменить на токамак ST80-HTS. Строительство начнётся в 2024 году, чтобы в 2026 году новый демонстратор включился в работу. Новая установка поможет найти практические решения для создания первой термоядерной электростанции в начале 30-х годов нашего века.

Визуализация нового проекта. Источник изображения: Tokamak Energy

Компания Tokamak Energy разрабатывает так называемые сферические токамаки. От классических токамаков с тороидальной рабочей камерой сферические токамаки отличаются формой камеры — она больше похожа на слегка приплюснутое яблоко, а не на бублик. К преимуществам сферических токамаков относят их относительную компактность, хотя управление магнитным полем и плазмой у них сложнее, чем у обычных тороидальных.

Введённый в эксплуатацию около пяти лет назад демонстратор ST40 после ряда модернизаций этой весной смог развить в камере температуру плазмы до 100 млн °C. Для данной установки это был рекорд, который она уже не сможет побить. Новый токамак ST80-HTS должен будет побить рекорды демонстратора по трём параметрам: по плотности, температуре и длительности удержания плазмы и обеспечить импульсный режим работы длительностью около 15 минут.

Компания пока не выбрала место для строительства новой установки, но рассматривает варианты в английском графстве Оксфордшир, где у неё построен демонстратор ST40.

Следует добавить, что власти Великобритании делают ставку именно на сферические токамаки, как на сравнительно малогабаритные установки. Токамаки масштаба ИТЭР они не потянут и вряд ли кто-то вообще будет способен реализовать у себя подобный проект в одиночку. Создание прототипа сферического токамака в Великобритании курирует Управлением по атомной энергии Великобритании (UKAEA), у которой свой собственный проект реактора — STEP. В прошлом месяце выбрано место для его строительства STEP — это район Вест Бертон, где расположена угольная электростанция EDF West Burton A.

Компания Tokamak Energy имеет рамочное соглашение о сотрудничестве с UKAEA, но это скорее формальность, поскольку ничего реального за этим пока не стоит. У UKAEA свой проект и оно его реализует более-менее по плану.

На днях компания General Atomics (GA) объявила о новой концепции экспериментальной термоядерной установки (FPP) для получения безопасной и экологически чистой термоядерной энергии. Вопрос о создании демонстратора вскоре будет решаться с партнёрами компании. В случае согласования проекта в США может появиться первая в мире электростанция на термоядерном синтезе, которая покажет жизнеспособность технологии.

Источник изображения: General Atomics

В основе проекта лежит предложенное General Atomics уникальное решение по съёму энергии термоядерного синтеза в бланкете из карбида кремния, а не широко используемой сегодня для изготовления токамаков стали. Бланкеты переводят энергию возникающих в процессе синтеза нейтронов в простой для дальнейшей утилизации вид. В частности, разогревая теплоноситель для дальнейшего использования в газовых турбинах для выработки электричества.

Решение General Atomics GAMBL (GA Modular Blanket) позволит поднять температуру теплоносителя в два раза с примерно 500 °C до свыше 1000 °C. Также в бланкете в процессе реакций вырабатывается тритий — будущий компонент топлива, что обеспечит самодостаточность процессам термоядерного синтеза.

«Экспериментальная термоядерная установка General Atomics — это революционный шаг вперед для коммерциализации термоядерной энергии, — сказал д-р Уэйн Соломон (Wayne Solomon), вице-президент по энергии магнитного синтеза компании General Atomics. — Наш практический подход к созданию FPP является кульминацией более чем шестидесятилетних инвестиций в исследования и разработки в области термоядерного синтеза».

Крупнейшим в мире экспериментом по созданию термоядерного реактора (токамака) с устойчивым самоподдерживающимся выходом энергии остаётся международный проект ИТЭР на юге Франции. Но электричество на реакторе ИТЭР вырабатываться не будет. Поэтому проект General Atomics будет выгодно отличаться от ИТЭР, хотя мощности установок будут несопоставимы по масштабам. Впрочем, повторить международный проект на уровне отдельных стран будет невозможно, тогда как относительно компактная установка General Atomics вполне может стать массовой, если она себя оправдает на уровне демонстратора.

Компании Global Nuclear Fuel-Americas (GNF-A) и TerraPower провели церемонию закладки первого камня в фундамент нового предприятия в США, которое будет выпускать ядерное топливо для опытного реактора Natrium TerraPower и малых модульных реакторов BWRX-300 GE Hitachi Nuclear Energy (GEH). В основе производства будет лежать уран HALEU, который в основном поставляет Россия. Для американских компаний это проблема, у которой пока нет решения.

Источник изображения: GEH

Металлическое высокопробное низкообогащённое урановое топливо (HALEU) с содержанием изотопа урана-235 на уровне 20 % (в обычном топливе его не более 5 %) производится дочерним предприятием «Росатома» компанией АО «Техснабэкспорт» под торговой маркой TENEX. В США нет мощностей для достаточной выработки такого топлива, а оно в значительных объёмах потребуется для работы перспективных и малых атомных реакторов. К примеру, уран качества HALEU будет необходим для производства топлива для ММР BWRX-300 GE, планы по строительству которых уже принимаются Канадой и рассматриваются Польшей.

Компании Global Nuclear Fuel-Americas (GNF-A) и TerraPower не уточняют, где они намерены брать уран HALEU. Возможно по этой причине нам сообщили о начале строительства производства в будущем году, но не рассказали о сроках ввода завода в строй. Согласно ранее обнародованным планам, в США значительное производство урана HALEU может появиться после 2030 года. До этого времени там либо будут полагаться на поставки из России, либо ограничат запуск перспективных реакторов.

Кроме малого реактора BWRX-300 GE, который от больших современных классических реакторов будет отличаться естественной циркуляцией охлаждающей воды вместо охлаждения с помощью прокачки насосами, топливо с нового завода будет поставляться для работы реактора Natrium компании TerraPower. Ключевым инвестором TerraPower является фонд Билла Гейтса. Это один из двух проектов, получивших также федеральную финансовую поддержку в рамках программы создания демонстраторов перспективных атомных реакторов.

Компания TerraPower намерена построить в штате Вайоминг опытный 345-МВтэ реактор на быстрых нейтронах. Это будет почти безотходное производство энергии. Охлаждаться реактор будет за счёт прохождения через него расплава солей натрия, в который будет добавляться топливо. На выходе расплав солей будет удерживаться какое-то время и играть роль теплового аккумулятора мощностью до 500 МВтэ. Строительные работы по возведению реактора Natrium пока не стартовали. Они могут начаться в следующем году или в 2024. Это отодвигает планы по запуску демонстратора с 2027 года на более поздние сроки, хотя в целом движение вперёд прослеживается, на что указывает также начало строительства нового комплекса по производству топлива.

Как утверждают китайские источники, на юго-западе Китая в провинции Сычуань в городе Чэнду будет построена первая в мире импульсная гибридная термоядерно-ядерная электростанция. Завершение строительства ожидается в 2025 году с запуском в работу в 2028 году. Таким образом, до опытно-коммерческого применения термоядерных реакций в Китае осталось порядка шести лет.

Источник изображения: China Academy of Engineering Physics

Установка Z-FFR будет использовать термоядерную реакцию для получения облака быстрых нейтронов, главной задачей которых будет запуск обычной реакции деления ядерного топлива. Основная выгода от предложенного решения — возможность использовать в качестве топлива отходы уранового топлива от современных АЭС и тория. Запасов одного и другого накоплено не просто много, а очень много.

В основе «запала» дейтерий-тритиевой мишени установки лежит так называемый принцип «Z-машины» или Z-Pinch. Этот принцип, например, в США реализовали в Сандийских национальных лабораториях. Американская Z-машина способна вырабатывать импульс тока силой 20 млн А. Токовый канал подобной силы вырабатывает мощнейшее электромагнитное поле и, как следствие, создаёт внутри себя высочайшие давление и температуру. Физические условия внутри канала способны сжать топливную мишень до такого состояния, при котором запустятся реакции термоядерного синтеза.

Китайская установка Z-FFR будет способна создавать ток силой 50 млн А, что более чем в два раза больше сандийской Z-машины. Учёные уверены, что этого будет достаточно для термоядерного синтеза. Полученная в результате реакции энергия не будет сниматься как полезная, а будет направлена на запуск традиционной реакции деления в топливе, размещённом по стенкам камеры. Энергия в виде тепла будет сниматься с топлива в процессе запуска реакции расщепления и дальше идти на турбины, как в привычных ядерных реакторах.

Утверждается, что гибридная установка станет первым в мире практическим применением термоядерной реакции для получения энергии. В то же время следует понимать, что при реализации этого проекта придётся решать массу технологических задач, куда, например, входит создание сверхъёмких и сверхнадёжных суперконденсаторов, проводников, выдерживающих запредельные токи, и лазерных коммутаторов для мгновенного переключения каналов подачи энергии. И даже если заявленные цели не будут достигнуты в срок, проект станет колоссальным лабораторным стендом для множества инновационных испытаний.

На этой неделе корейское «искусственное солнце» попало в заголовки многих изданий. Термоядерный реактор KSTAR почти 30 секунд удерживал плазму при температуре около 100 млн °C, что в семь раз горячее, чем в ядре Солнца, где идут термоядерные реакции. И это само по себе обнадёживает. Миру нужна недорогая и бесконечная термоядерная энергия. Вот только событие это состоялось почти год назад (о чём мы сообщали), а вспомнили о нём благодаря свежей публикации в Nature.

Источник изображения: National Research Council of Science & Technology

Впрочем, южнокорейские учёные рассказали в статье, как они добились успеха в удержании плазмы, поэтому нам тоже есть о чём поговорить не пересказывая старую новость, как поступило большинство других изданий.

Учёные KSTAR (Korea Institute of Fusion Energy) поставили задачу добиться стабильности плазмы на токамаке Tokamak Advanced Research. Этот термоядерный реактор, к слову, стал одним из первых в мире, когда в 2007 году реализовал на практике управление магнитным полем реактора с помощью двух групп сверхпроводящих магнитов — тороидальных и полоидальных (с продольными и поперечными силовыми линиями). Магнитное поле удерживает плазменный жгут от соприкосновения со стенками реактора и не даёт плазме остыть, а также повредить стенки реактора, вследствие чего происходит загрязнение плазмы и потеря её качества.

Магнитные поля могут быть двух типов. Форма поля с эффектом краевого транспортного барьера (КТБ) ведёт к сильному снижению давления у стенки реактора, что не даёт плазме касаться стенок. Поле второго типа создаёт внутренний транспортный барьер (ВТБ), вследствие чего давление по центру образования плазмы резко возрастает и возникает плазменное «ядро». Но в любом случаев возникают краевые нестабильности плазмы, что ведёт к снижению управляемости и, в конечном итоге, к контактам со стенками реактора, охлаждением и остановке реакции.

В поставленном эксперименте южнокорейские учёные модифицировали подход ВТБ, несколько уменьшив плотность плазмы в реакторе, так что в центре плазменного жгута температура выросла, а на периферии уменьшилась. Судя по наблюдениям, краевая нестабильность плазмы стала ощутимо меньше. Это привело к тому, что плазма в реакторе оставалась стабильной и легко управляемой в течение целых 20 с, а всего реактор в цикле смог работать 30 с, что стало для него новым рекордом.

Температура плазмы при этом была на уровне 100 млн °C и это была ионная плазма, в отличие от температурных рекордов китайских термоядерных реакторов, в которых говорят только о температуре электронной плазмы (а в термоядерных реакторах она должна быть в два раза больше ионной).

«Благодаря обилию быстрых ионов, стабилизирующих турбулентность плазмы в ядре, мы генерируем плазму при температуре 100 млн K продолжительностью до 20 с без краевых неустойчивостей плазмы или накопления примесей. Низкая плотность плазмы в сочетании с умеренной входной мощностью для работы является ключом к установлению этого режима путем сохранения высокой доли быстрых ионов. Этот режим редко нарушается и может надежно поддерживаться даже без сложного управления и, таким образом, представляет собой перспективный путь к коммерческим термоядерным реакторам», — говорится в статье Nature о данном эксперименте.

Корейцы нащупали путь, по которому смогут продвигаться дальше. Глобальной целью проекта называется удержание ионной плазмы при температуре 100 млн °C в течение 300 с, чего они намерены добиться в 2025 или 2026 году.

Сообщается, что SK Inc и SK Innovation — дочерние компании SK Group, второго по величине корейского конгломерата — инвестировали $250 млн в американскую ядерную инновационную компанию TerraPower. За компанией TerraPower стоит финансовая империя Билла Гейтса, которая ищет пути к ядерной энергетике будущего.

Источник изображения: Hollie Adams/Bloomberg

Проект ядерного реактора TerraPower Natrium на расплавах солей в качестве теплоносителей и аккумуляторов тепла стал одним из двух перспективных проектов, поддержанных американской федеральной программой демонстрации передовых реакторов (ARDP). Реактор Natrium на быстрых нейтронах мощностью 345 МВтэ и буферной системой хранения энергии на основе расплавленной соли мощностью 500 МВтэ планируется построить в городе Кеммерер в штате Вайоминг.

Участие в программе ARDP предполагает, что TerraPower соберёт не менее 50 % требуемой для реализации пилотного проекта суммы ($2 млрд) от привлечения инвестиций. Переговоры с SK Group на эту тему велись с начала года. Ожидалось, что дочерние компании корейского конгломерата выкупят 10 % акций TerraPower. В итоге компании договорились об инвестициях SK Group в TerraPower в объёме $250 млн, что стало крупнейшим привлечением средств от одного инвестора. Всего в рамках последнего раунда сбора инвестиций компания TerraPower собрала $750 млн.

Корейской компании есть что предложить TerraPower в плане технологий. Присутствует также и заинтересованность как в самом реакторе, так и в его производных. Например, корейские компании интересуются новыми изотопами для разработки лекарств против онкозаболеваний. Малые модульные реакторы, к типу которых относится реактор TerraPower Natrium, также интересует корейцев как источник чистой и сравнительно недорогой электрической энергии. Корейцы готовы тиражировать проект в странах Юго-Восточной Азии и не только.

Скептики предупреждают, что малые модульные реакторы в итоге могут вырабатывать в 35 раз больше радиоактивных отходов, чем обычные, но мир нуждается в быстром доступе к электричеству и альтернатив не очень-то много.

Сообщается, что на строительную площадку Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) на юге Франции в 14 трейлерах доставлена 25-я партия электротехнического оборудования из России. Поставленное оборудование считается сложнейшим среди всего материального вклада российских учёных в проект ИТЭР. Без него буквально «невозможно будет получить первую плазму в реакторе».

Источник изображения: «Росатом»

Доставленное оборудование стало второй в этом году партией российских изделий для ИТЭР. Первая партия была отправлена во Францию в мае в 8 трейлерах. Поставленное оборудование произведено в Санкт-Петербурге с участием АО «НИИЭФА» (входит в Госкорпорацию «Росатом»). Это «коммутационное оборудование, шины и энергопоглощающие резисторы для электроснабжения и защиты сверхпроводящей магнитной системы реактора ИТЭР».

Монтаж системы энергоснабжения термоядерного реактора ведётся в непрерывном режиме, что также требует регулярных поставок компонентов для проведения работ, с чем российские производители успешно справляются. В то же время напомним, что пандемия COVID-19 оказала влияние на работу ряда подрядчиков по проекту и сроки получения первой плазмы, скорее всего, будут перенесены с 2025 года на более позднюю дату. Детальное решение об этом будет принято в будущем году.

Первоначально первая плазма должна была быть получена в 2018 году. Затягивания сроков строительства заставило Совет ИТЭР перенести это событие на 2025 год. Новую дату будет утверждать новый директор ИТЭР, выборы которого состоятся в сентябре.

Термоядерный реактор ИТЭР не предназначен для вырабатывания электричества. Запуск реактора должен доказать возможность поддержания термоядерной реакции с коэффициентом мощности 1:10 на поддержание плазмы: при 50 МВт на нагрев плазмы реактор должен будет отдавать 500 МВт в течение как минимум 400 секунд непрерывно. По всей видимости, в процессе эксплуатации может потребоваться дополнительно 300 МВт электроэнергии.

Строительство ИТЭР на юге Франции началось в 2010 году. Проект включает сотрудничество 35 стран, 6 из которых вносят равные доли в половину стоимости проекта, а вторую половину вносит ЕС.

Два года ушло у Комиссии по ядерному регулированию США (NRC) на завершение окончательной оценки безопасности малого модульного реактора компании NuScale. Проект был подан на рассмотрение в 2016 году, и в 2020 году NRC запросила дополнительную документацию для завершения оценки. В пятницу Комиссия объявила о решении сертифицировать реактор для использования на американских АЭС. Осталась формальность — внести проект в Федеральный реестр.

Безопасная АЭС на модульных реакторах в представлении художника. Источник изображения: NuScale Power

Реактор NuScale (новое торговое имя реактора — VOYGR) представляет собой действующий по классическому принципу реактор с водой под давлением: распад топлива превращает воду в пар и тот вращает турбину. Более перспективными при этом представляются малые модульные реакторы на расплавах солей, когда топливо подаётся в рабочую зону вместе с расплавленным теплоносителем. Именно приверженность классической схеме, вероятно, позволила проекту NuScale стать первым в США сертифицированным малым модульным реактором.

Заявленные преимущества малых модульных реакторов и реактора NuScale в частности заключаются в том, что реактор можно почти полностью собрать на заводе и доставить на место только для монтажа коммуникаций. Точно также он отправляется на утилизацию после завершения срока службы. Подобный подход в разы снижает стоимость строительства АЭС и кратно ускоряет сроки строительства, хотя эксперты предупреждают о более чем 35-кратном росте радиоактивных отходов при эксплуатации малых реакторов по сравнению с классическими большими реакторами.

Источник изображения: NuScale Power

В зависимости от потребностей на площадке может быть размещено от 2 до 12 модулей, каждый из которых будет вырабатывать 77 МВтэ. Первым проектом NuScale в США обещает стать шесть модулей на площадке Национальной лаборатории в Айдахо. Сейчас, когда проект сертифицирован, можно ожидать дальнейших шагов для запуска строительства. Предполагается, что заявка будет подана в 2024 году. Проектная документация до конца не оформлена, как и есть проблемы с поиском средств. Источник сообщает, что коммунальные предприятия в Айдахо не спешат выделять деньги на строительство.

Немаловажным свойством реактора NuScale станет его пассивная безопасность. Реактор будет работать в бассейне с водой, что поможет смягчить опасность аварийных ситуаций. Также управляющие стержни будут располагаться таким образом, что при пропадании электричества они под действием силы тяжести сами опустятся в активную зону и заглушат реактор. Повторение «чернобыля» никому не нужно.

На днях Европейский Парламент большинством голосов отклонил предложение вычеркнуть ядерную и газовую энергетику из плана перехода к «зелёной» экономике. Предложение запретить инвестиции в мирный атом и природный газ поступило в ответ на предложение Европейской Комиссии временно считать эти энергоносители «устойчивыми» на период перехода к возобновляемым источникам энергии. После поддержки в Европарламенте атом и газ станут в ЕС законной целью для развития.

Источник изображения: European Parliament

Для опротестования предложения Европейской Комиссии о внесении атома и газа в таксономику ЕС — в промышленность, экономику и сферу для развития и инвестиций — противниками инициативы была выработана резолюция. Для принятия этой резолюции требовались голоса 353 членов Европарламента из 705 депутатов. В итоге поддержали это предложение 278 евродепутатов при 33 воздержавшихся, 65 отсутствующих и 328 против. Тем самым предложение Европейской Комиссии о временном «озеленении» атома и природного газа остаётся в силе и станет законом с 1 января 2023 года. Если, конечно, Европейский Совет будет не против, а он, скорее всего, будет за.

Для правительств и компаний ЕС данное обстоятельство станет приглашением без ограничений финансировать проекты по созданию в Европе объектов атомной энергетики и газовых электростанций. Учитывая растущий в ЕС спрос на электричество и тепло, можно ожидать колоссальных вливаний в обе отрасли. Впрочем, власти отдельных государств ЕС могут пойти по своему пути, как, например, Германия, которая категорически против работы атомных электростанций на своей территории и, очевидно, не в восторге от АЭС в Европе в целом.

Сама Бильбао-и-Леон (Sama Bilbao y León), генеральный директор Всемирной ядерной ассоциации, международной организации, представляющей мировую ядерную промышленность, сказал: «Положительное голосование Европейского парламента направляет чёткое одобрение ядерной энергии финансовому сообществу. Он прислушался к научным данным и признал, что устойчивые инвестиции в ядерную энергию помогут ЕС достичь нулевого уровня выбросов к 2050 году. Теперь правительства, инвесторы и промышленность должны действовать безотлагательно и ускорить развертывание новых ядерных мощностей для достижения этой цели».

Одна проблема, Европа утратила компетенции и лидерство в вопросе создания передовых и даже обычных ядерных реакторов и просто залив отрасль деньгами эту проблему быстро решить не получится.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), с 2017 года 87 % новых атомных реакторов построены или строятся по проектам России или Китая. Прежние лидеры утратили позиции на этом направлении и не факт, что смогут его вернуть. Глава МЭА призывает власти и бизнес развитых стран изменить отношение к мирному атому. Без атомной энергетики цели климатической нейтральности к 2050 мир не достигнет.

Безопасная АЭС на модульных реакторах в представлении художника. Источник изображения: NuScale Power

«Страны с развитой экономикой утратили лидерство на рынке, поскольку 27 из 31 реактора, строительство которых началось с 2017 года, это российские или китайские проекты», — сказал глава МЭА Фатих Бироль (Fatih Birol).

Организация МЭА была создана в 1974 году как ответ развитых стран на нефтяной кризис 70-х годов. На тот момент она сыграла свою роль, подтолкнув, в том числе, к массовому строительству атомных электростанций в мире. Сегодня в мире похожая по последствиям ситуация, когда ископаемое топливо оказалось под угрозой санкций и геополитического кризиса, а атомная энергетика фактически в загоне у развитых стран.

Восстановление атомной энергетики будет способствовать не только энергетической независимости коллективного запада, но также поможет добиться климатической нейтральности к 2050 году, что поставили себе целью все прогрессивные страны. Для этого необходимо будет удвоить производство энергии атомными станциями, уверены в МЭА, что вполне достижимо, но требует достаточных усилий со стороны властей и бизнеса.

«В сегодняшних условиях глобального энергетического кризиса, стремительного роста цен на ископаемое топливо, проблем энергетической безопасности и амбициозных обязательств по защите климата, я считаю, что у ядерной энергетики есть уникальная возможность вернуться, —сказал Бирол. — Однако наступление новой эры для ядерной энергетики отнюдь не гарантировано».

По словам главы МЭА, правительствам необходимо проводить политику, гарантирующую безопасную и устойчивую работу атомных станций на долгие годы вперед, как и инвестировать в новые технологии. Одной из перспективных технологий МЭА считает малые модульные реакторы, преимуществом которых представляется относительно скромный бюджет, короткие сроки строительства и быстрая окупаемость (хотя эксперты предупреждают, что малые реакторы будут генерировать в 35 раз больше радиоактивных отходов, чем обычные). Тем не менее, ММР обещают оказаться финансово привлекательными для инвесторов, и это наполнит отрасль деньгами.

Догнать и перегнать Россию и Китай в деле проектирования и строительства АЭС страны с развитой экономикой могут только тогда, когда смогут реализовывать проекты в срок и в рамках утверждённого бюджета. За последние два десятка лет этого почти ни разу не произошло, а строительство затягивалось иногда в два, три и дольше раз по срокам, не говоря о катастрофических для строителей и заказчиках перерасходах.

«Ядерная отрасль должна быстро решить проблемы перерасхода средств и задержек проектов, которые мешают строительству новых станций в странах с развитой экономикой», — сказал Бирол.

Другой проблемой развитых стран являются стареющие реакторы, срок работы которых вышел или близок к завершению. Работа таких установок или продление этой работы сверх установленного времени требует значительных средств. По данным МЭА, 63 % энергогенерирующих мощностей мирового парка ядерных реакторов старше тридцати лет. Если в этот процесс не вмешиваться без «значительных инвестиций», существующий парк ядерных реакторов в странах с развитой экономикой сократится на треть со всеми вытекающими последствиями.

NASA заключило три контракта общей стоимостью $5 млн на разработку ядерных реакторов для снабжения ближних и дальних космических баз электричеством и теплом. Конкурсная программа рассчитана на 12 месяцев, после чего наилучший проект перейдёт в фазу создания прототипа. На основе перспективного реактора также могут создать ядерную двигательную установку для полётов как в ближнем космосе, так и в дальнем.

Источник изображения: NASA/Ben Smegelsky

Конкурс NASA предусматривает создание энергетической установки мощностью 40 кВт для эксплуатации в условиях Луны в течение 10 лет. Это «заложит основу для обеспечения энергией долгосрочного присутствия человека на других планетах». Контракты заключены через Национальную лабораторию Айдахо Министерства энергетики США (DOE), которая уже сопровождает ряд проектов по созданию перспективных ядерных реакторов.

Конкурсные проекты будут разрабатывать компании Lockheed Martin в сотрудничестве с компаниями BWXT и Creare; Westinghouse в партнёрстве с Aerojet Rocketdyne; и IX совместно с Maxar и Boeing. Все эти компании, так или иначе, разрабатывают перспективные ядерные реакторы и связаны с космосом.

Ядерные реакторы космического назначения — как для двигателей, так и для снабжения энергией будущих космических баз — разрабатываются также в ЕС, Китае и России. Россия предлагает подобный реактор (проект «Зевс») для ракет и снабжения баз, а Китай замахнулся сразу на реактор в 100 раз превосходящий будущий американский. Но главное во всём этом, чтобы мирный атом неконтролируемо не возвращался на Землю, что уже было в нашей недавней истории.

Сообщается, что Министерство обороны США подписало контракт на изготовление прототипа передвижной АЭС с компанией BWX Technologies. Прототип реактора будет создан и доставлен к месту 3-летних испытаний в Национальной лаборатории Айдахо в 2024 году. «Реактор на колёсах» будет вырабатывать от 1 до 5 МВтэ и перевозиться в стандартном 20-футовом (6-метровом) контейнере автомобилями, поездами, самолётами и морским транспортом.

ПАЭС Памир-630Д

В рамках контракта стоимостью $300 млн компания BWXT Advanced Technologies на двух своих предприятиях в штатах Вирджиния и Огайо создаст все необходимые элементы для действующего прототипа реактора. Это будет высокотемпературный газоохлаждаемый реактор (HTGR) с рабочей мощностью от 1 до 5 МВтэ. Реактор будет работать на топливе TRISO — особой конструкции из высокопробного низкообогащенного урана (HALEU), способной выдерживать экстремальные температуры с очень низкими экологическими рисками. Правда, пока это топливо в основном закупается в России и данных о достаточном его выпуске в США пока нет.

Транспортируемая активная зона реактора и его система управления спроектированы таким образом, чтобы поддерживать безопасность при любых условиях, включая транспортировку. Топливо было испытано и проверено до температур, значительно превышающих рабочие условия реактора. Мобильная конструкция представляет собой несколько модулей, очевидно, размещаемых в нескольких контейнерах. Передвижная АЭС может быть собрана на месте и введена в эксплуатацию в течение 72 часов. Отключение, охлаждение, отсоединение и демонтаж для транспортировки должны быть произведены менее чем за семь дней.

Подобным образом была спроектирована ПАЭС «Памир» в начале 80-х годов прошлого века в СССР. «Памир» был способен выдавать 5 МВтэ и перевозился на двух полуприцепах — один для реактора, а второй для генератора. Официально проект ПАЭС «Памир» был закрыт по причине неподходящего теплоносителя, но важность подобной разработки никуда не делась и наверняка будет повторена на новом уровне.

Реактор BWXT будет заправлен топливом на площадке в Айдахо. Затем будут три года испытаний с имитацией полной нагрузки. Кроме того, система будет разобрана и вновь собрана для доказательства транспортабельности. Второму претенденту на разработку ядерного микрореактора для проекта «Пеле» — компании X-energy — военные отказали. Часть работ компании BWXT будут помогать проводить такие подрядчики, как Northrop Grumman, Aerojet Rocketdyne, Rolls-Royce и LibertyWorks.

Как сообщает портал N+1, на российском сферическом токамаке «Глобус-М2» в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе РАН был поставлен рекорд разогрева плазмы для отечественных установок такого рода. Российская установка по своим параметрам многократно уступает реактору ИТЭР, но она вносит существенный вклад в разработку будущих термоядерных реакторов, значительно превышающих возможности ИТЭР.

Источник изображения: ФТИ имени Иоффе РАН

Сферические токамаки, у которых рабочая камера больше похожа на шар, чем камеры в форме бубликов у классических токамаков, обещают оказаться компактнее последних и, как следствие, должны быть более удобны в эксплуатации и обслуживании. Но на пути к электростанциям на сферических токамаках остаётся масса нерешённых проблем, хотя в Великобритании, например, уже говорят о будущих термоядерных электростанциях на основе именно сферических решений.

Концепция сферических токамаков предложена более 20 лет назад. Установка «Глобус-М2» запущена в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе РАН в 1999 году. В 2018 году она подверглась модернизации, что, в том числе, позволило сегодня выйти на рекордные показатели — близкие к максимально возможным для «Глобус-М2». Так, в ходе экспериментов в установке дейтериевая плазма была доведена до 4 кэВ (килоэлектронвольт). Температура ионов дейтерия достигла нагрева 46 млн °C. В ИТЭР температура ионов должна быть в два раза больше, но и его рабочая камера по объёму в 1000 раз больше камеры установки «Глобус-М2».

Российские физики отмечают, что плазма держалась зажжённой 10-12 мс при напряжённости тороидального поля 0,9 Тесла. Для рабочей камеры объёмом 1,1 м³ — это рекордно долго, что позволяет уточнить модели поведения плазмы в реакторе и учесть полученную информацию при проектировании установки нового поколения. «Глобус-М2» достиг предела своих возможностей и перед учёными стоит задача создать новую установку для расширения знаний о поведении плазмы в сферических токамаках.

Считается, что в будущем ядерная энергетика будет опираться на малые модульные реакторы. Такие установки быстро строятся, стоят дешевле и могут выпускаться на заводах едва ли не целиком, значительно упрощая процесс строительства АЭС. Также они представляются более безопасными при эксплуатации и более дружественны к окружающей среде. Но так ли это? Ответ искали американские и канадские учёные, и разработчикам ММР он не понравился.

Безопасная АЭС на модульных реакторах в представлении художника. Источник изображения: NuScale Power

Красивую картинку разрушила группа исследователей из Стэнфордского университета и Университета Британской Колумбии. Учёные изучили реакторы компаний NuScale Power, Toshiba и Terrestrial Energy. Согласно выводам исследователей, малые модульные реакторы для выработки сопоставимых объёмов энергии будут производить до 35 раз больше радиоактивных отходов, чем обычные мощные легководные реакторы.

В исследовании говорится, что ММР будут производить в 5 раз больше отработанного ядерного топлива (ОЯТ), в 30 раз больше долгоживущих высокорадиоактивных отходов и в 35 раз больше отходов с низким и средним уровнем радиоактивности. Кроме того, отходы малых реакторов будут более химически активные, а это сулит серьёзные проблемы с утилизацией. Эта сторона вопроса досконально не изучена, утверждают авторы статьи, тогда как правительства ведущих стран уже активно поддерживают проекты ММР.

Учёные считают, что большинство опасных радиоактивных отходов, связанных с эксплуатацией малых модульных реакторов, происходит по причине малых рабочих объёмов реакторов. Тем самым теплоноситель и оболочка реакторов поглощают больше нейтронов, которые образуются в результате деления ядер топлива. В зависимости от конструкции реактора и материала его изготовления объём радиоактивных отходов будет больше, чем у обычного реактора от 2 до 30 раз.

В целом же утилизацию и хранение отходов ММР нельзя будет проводить по тем же стандартам и процедурам, по которым хранятся отходы и ОЯТ для обычных больших реакторов. По словам исследователей, необходимо разработать новые методы хранения, что «приведёт к увеличению затрат и рисков радиационного облучения в ядерном топливном цикле».

Представители компаний Toshiba и Terrestrial Energy не прокомментировали статью. Зато высказалась представитель компании NuScale — вице-президент по маркетингу и коммуникациям Диана Хьюз (Diane Hughes). По её словам, ММР NuScale, которые должны с 30-х годов как грибы вырастать в Европе, производят ядерные отходы, к которым применимы классические рекомендации регуляторов США по хранению и утилизации.

«В исследовании используется устаревшая проектная информация об энергетической мощности топливной конструкции NuScale, неверные предположения о материале, используемом в отражателе реактора, и неверные предположения о выгорании топлива. При правильных исходных данных проект NuScale сравним с современными крупными реакторами ВВЭР по количеству отработанных топливных отходов, создаваемых на единицу энергии», — заявила Хьюз.

Представитель NuScale не уточнила объёмы ОЯТ или долгоживущих радиоактивных отходов, полученных в результате работы ММР компании, она лишь сказала, что таковых будет не больше, чем в процессе работы полномасштабного легководного реактора.

Остаётся надеяться, что истина где-то посредине между исследованием учёных и выводами разработчиков малых модульных реакторов. Понятно одно, что в таких вопросах тёмных пятен быть не должно и всё необходимо обсуждать и подтверждать.

Компании Westinghouse Electric Company и Hyundai Engineering & Construction (E&C) подписали соглашение о стратегическом сотрудничестве при строительстве АЭС на реакторах AP1000 по всему миру. Речь идёт о реакторах поколения III+, судьба которых оказалась незавидной. Многочисленные проблемы со строительством AP1000 в США и Китае привели к банкротству Westinghouse, хотя этот реактор имеет потенциал, что может раскрыться в содружестве с Hyundai.

Источник изображения: Westinghouse

Четыре реактора Westinghouse AP1000 построены и введены в эксплуатацию в Китае. Два реактора строятся в США и должны быть запущены в ближайшие месяцы. Почти на всех объектах возникали те или иные проблемы, которые оттягивали сроки начала эксплуатации и раздували бюджет. В конце концов, Westinghouse объявила о банкротстве и сильно подорвала бизнес японской компании Toshiba, которая владела её активами.

Тем не менее, уже подписаны предварительные соглашения на строительство этих реакторов в Индии, Польше, Украине и других странах. Впереди много работы, особенно с учётом начала ядерного возрождения — ядерная энергетика признана «зелёной» на время перехода к настоящей «зелёной» энергетике на возобновляемых источниках. Опыт компании Hyundai Engineering & Construction, которая сопровождала и завершила не один ядерный проект, в сочетании с более чем 60-летним опытом Westinghouse в ядерной энергетике, обещают ответственное отношение к строительству АЭС в любом уголке Земли.