Реактор на атомной электростанции сравним с кипящим чайником. Полученный пар направляется на турбину, чтобы крутить электрогенератор. Но если подогрев чайника можно выключить, подогрев атомного реактора уходит изнутри – от уранового топлива. Это топливо продолжает опасно кипятить воду даже через полдесяти лет после того, как оно отработало в реакторе. Если недосмотреть, урановое топливо легко перегреет корпус реактора и расплавит его. Но эта ядерная угроза может остаться в прошлом благодаря новому китайскому реактору HTR-PM. Разработчики заявляют, что HTR-PM невозможно расплавить.
В новой рецензируемой статье в журнале Joule подробно описаны два испытания атомной станции, которая не может расплавиться. Долговечность обусловлена ??такими природными свойствами, как изолированное топливо и плотность нагретого газа.
К примеру, сегодня захваченная запорожская АЭС постоянно находится под угрозой расплавления, поскольку она нуждается в внешней электроэнергии, чтобы держать температуру реакторов в допустимых пределах. При длительном выключении электричества реакторы ЗАЭС перегреются и расплавятся, что приведет к утечке радиации.
В Чернобыле произошло такое расплавление реактора и утечка ядерного топлива – поищите в интернете фотографии так называемой стопы слона.
Китайский реактор HTR-PM способен охлаждаться даже при отключении электроэнергии, что означает, что он полностью избегает быстрого нагрева и катастрофы.
К сожалению, HTR-PM – это не тот проект, который можно применить к существующим атомным энергоблокам, поскольку он предусматривает новую парадигму, которая называется реактором с галечным слоем.
Китайская исследовательская группа использует топливо TRISO (сокращение от tristructural isotrope), которое имеет форму, похожую на многослойный шарик. Современное урановое горючее представляет собой спрессованные цилиндры. П
Покрытые круглые ядра уранового топлива находятся в центре шарика, а наружная сторона покрыта керамикой. Это известный дизайн, придуманный еще в начале атомной эры, когда ядерные исследователи искали оптимальное решение по топливу.
Частицы TRISO способны предотвратить высвобождение продуктов разделения из топливных элементов при максимальной температуре 1620C, таким образом определяя среднюю плотность мощности примерно 1/30 от коммерческого реактора с водой под давлением. А тепло, производимое этим топливом меньшей плотности, может рассеиваться в окружающую среду естественным путем: путем теплопроводности, излучения и естественной конвекции.
Китайский действующий реактор с галечным слоем называется HTR-PM и расположен на атомной станции в заливе Шидао у восточного края провинции Шаньдун.
Реактор. эксплуатируется с 2022 года и прошел два полных испытания его способности восстанавливаться после полной потери энергопитания – один в августе 2023 года и один в сентябре 2023 года.
Во время испытаний реактор работал, как было задумано, передавая избыток тепла окружающей конструкции, специально разработанной, чтобы держаться без электроэнергии.
Вместо того чтобы перегреться и расплавиться, топливо достигло значительно ниже максимальной температуры, что продиктовано его многослойной и изолированной конструкцией.
Внутри реакторного пространства газообразный гелий циркулировал естественно, поскольку нагревался снизу и охлаждался сверху. Реактор достиг максимальной температуры только 870°C через 3,5 часа без электроэнергии.
Для контекста: авария на Фукусиме в 2011 году достигла 2800 градусов Цельсия. Показатель 870 градусов Цельсия недостаточно, чтобы расплавить нержавеющую сталь (любого сорта), чугун или даже латунь. Корпус реактора остается невредимым и утечки радиации не происходит.
Этот китайский реактор – не единственный проект на базе топлива TRISO. Электростанция ядерной инженерии Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейне и итальянская корпорация Ultra Safe Nuclear также участвуют в сотрудничестве над микрореактором с питанием TRISO на кампусе UIUC. Но проект в Китае производит 200 МВт электроэнергии, что делает его небольшим реактором вместо микрореактора, создающего лишь около 20 МВт мощности. Ultra Safe называет свою конструкцию аккумулятором через полный замкнутый корпус.
