Научные сотрудники Университета Бригама Янга (BYU), частного исследовательского центра в Прово (штат Юта, США), представили разработанный ими новый вариант микроядерного реактора на расплавленных солях. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Атомная электростанция производит энергию столь же эффективно, как сжигание ископаемого топлива, и является экологически чистой, но когда на АЭС происходят аварии, они имеют крайне серьезные последствия. Способ решить проблемы с безопасностью для ядерной энергетики представили профессор BYU Мэтью Меммотт и его коллеги, разработав новый микроядерный реактор на расплавленных солях.
Стандартным ядерным реактором, используемым сейчас в США, является легководный реактор. Атомы урана расщепляются для выработки энергии, а оставшиеся продукты ядерной реакции излучают огромное количество тепла. Этот процесс производится в твердотопливных стержнях, через которые пропускается вода, чтобы обеспечивать их охлаждение. Решение Меммотта состоит в том, чтобы располагать радиоактивные топливные элементы в расплавленной соли вместо традиционных топливных стержней.
В новом реакторе Меммотта во время и после ядерной реакции все радиоактивные побочные продукты растворяются в расплавленной соли. Ядерные элементы могут излучать тепло или радиоактивность в течение сотен тысяч лет, пока они медленно остывают, поэтому ядерные отходы так опасны (и почему в прошлом найти место для их утилизации было так сложно).
Однако соль имеет чрезвычайно высокую температуру плавления – 550 °C, и температура этих элементов в соли быстро падает ниже точки плавления. Как только соль кристаллизуется, излучаемое тепло будет поглощаться солью (которая не плавится), что сводит на нет опасность расплавления активной зоны атомного реактора.
Еще одно преимущество конструкции ядерного реактора на расплаве солей заключается в том, что он способен устранить опасные ядерные отходы. Продукты реакции надежно содержатся в соли, и нет необходимости обеспечивать их хранение в другом месте. Более того, многие из этих продуктов являются ценными, и их можно отделить от соли и продать в качестве сырья.
Например, молибден-99, который можно извлечь таким способом, является чрезвычайно дорогим веществом. Этот изотоп используется во многих современных процедурах медицинской визуализации и сканирования. В настоящее время Соединенные Штаты покупают весь свой молибден-99 в Нидерландах, но с подобным реактором его можно легко производить внутри страны, что делает его потенциально гораздо более доступным по стоимости.
Кобальт-60, золото, платина, неодим и многие другие элементы также могут быть извлечены из соли, что потенциально не приводит к образованию ядерных отходов.
«Извлекая ценные элементы, мы обнаружили, что можем также удалять кислород и водород. Благодаря этому процессу мы можем снова полностью очистить соль и использовать ее повторно. То есть мы можем перерабатывать соль бесконечно в едином замкнутом цикле», – отметил Меммотт.
Типичная атомная электростанция в наши дни строится на площади не менее трех квадратных километров для снижения радиационного риска, при том, что сама активная зона реактора имеет размеры порядка 10×10 метров. Ядерный реактор Меммотта с расплавленной солью укладывается в размеры 1,5×2,5 метра, и поскольку нет риска расплавления реактора, нет и необходимости в огромной зоне езопасности, окружающей его.
Исследовательская группа BYU заявила, что все необходимое для запуска этого реактора спроектировано таким образом, чтобы поместиться на 12-метровой платформе грузовика; это означает, что этот реактор может сделать электроэнергию доступной даже в очень отдаленных местах.
«Этот компактный реактор может производить достаточно энергии для питания 1000 американских домов», – сказано в пресс-релизе BYU относительно производительности нового типа реактора.
В более четких количественных показателях такая мощность энергоустановки (порядка 2,5 МВт) выглядит весьма скромно. Примечательно, что BYU также не раскрывает никаких параметров энергоэффективности своей разработки: по всей видимости, они заметно уступают не только традиционным АЭС и ТЭС, но и современным решениям в ветро- и солнечной энергетике.