Реакторы на расплавах солей могут спасти ядерную энергетику

Nov 12, 2023

Эта статья является частью журнала «Исследованное будущее», еженедельного руководства по технологиям, меняющим мир. Вы можете получать подобные истории прямо на свой почтовый ящик каждый четверг утром, подписавшись здесь.

Реакторы на расплавах солей, тип ядерных реакторов, впервые исследованный в 1950-х годах, могут стать будущим чистой энергетики — если мы сможем преодолеть проблемы, которые сдерживали их развитие более полувека.

Деление ядра происходит, когда нейтрон врезается в ядро ​​атома, расщепляя атом. При этом высвобождается огромное количество энергии, а также дополнительные нейтроны, которые затем могут расщепить больше атомов, создавая самоподдерживающуюся реакцию деления.

Ядерные реакторы контролируют процесс деления, так что энергию, выделяемую в виде тепла, можно использовать для кипячения воды, создавая пар, который может вращать турбины, генерирующие электроэнергию.

Этот процесс не приводит к выбросам углекислого газа и может происходить независимо от того, светит ли солнце или дует ветер, что делает ядерную энергию потенциально важным компонентом будущего чистой энергетики.

Чтобы построить атомную станцию, подобную той, что у нас уже есть, потребуется примерно 7 лет и 10 миллиардов долларов.

Однако сегодня на атомную энергетику приходится лишь 10,3% мирового производства электроэнергии, а количество закрывающихся реакторов превышает количество строящихся.

Частично причина в том, что для строительства новой атомной электростанции, подобной тем, которые у нас уже есть, требуется около 7 лет и 10 миллиардов долларов, и некоторые потенциальные операторы опасаются делать такие крупные инвестиции, особенно когда электричество из природного газа и возобновляемые источники энергии дешевеют.

В то же время многие потенциальные проекты сталкиваются с сопротивлением общественности, обеспокоенной возможностью ядерной катастрофы, такой как Чернобыль или Фукисима, несмотря на тот факт, что ядерная энергия исторически гораздо безопаснее, чем уголь или природный газ.

Чтобы увеличить количество электроэнергии, вырабатываемой в результате ядерного деления, нам, возможно, придется переосмыслить, как мы ее используем.

На большинстве современных атомных электростанций вода под высоким давлением подается в активную зону реактора, где топливные таблетки, заключенные в металлические стержни, подвергаются делению. Это нагревает воду примерно до 600 F, но высокое давление предотвращает выкипание воды.

Затем сверхгорячая жидкая вода прокачивается через камеру, содержащую больше воды. Его тепло вызывает кипение воды, создавая пар, необходимый для вращения турбин. Затем более холодная вода возвращается в топливную камеру для повторного нагрева, чтобы цикл мог продолжиться.

Высокое давление, необходимое для поддержания сверхгорячей воды в жидком состоянии, увеличивает вероятность утечки, а если вода вытечет, топливо может перегреться, расплавив стержни защитной оболочки и потенциально высвободив радиоактивный материал в воду и окружающую среду.

Чтобы предотвратить это, реакторам требуется множество резервных систем и резервных средств, что еще больше увеличивает их стоимость и сложность.

Ожидается, что реакторы на расплавах солей будут дешевле в строительстве и даже более надежны, чем сегодняшние атомные электростанции.

Однако этот дизайн — не единственный наш вариант.

В 1950-х годах американские исследователи начали изучать концепцию реакторов на расплавленной соли, в которых используется расплавленная соль — соль, твердая при комнатной температуре, но жидкая при высоких температурах — вместо воды в качестве материала, передающего тепло и поддерживающего стабильное состояние топлива. температура.

Тип соли, предложенный для этих реакторов, остается жидким при температурах до 2500 F — без какого-либо давления. Эта более высокая температура повысит эффективность реактора и выработает больше электроэнергии, а отсутствие давления снизит риск утечки.

Ядерное топливо не может расплавиться, если оно уже жидкое.

Вместо твердотопливных стержней, отделенных от воды, переносящей тепло, в некоторых конструкциях реакторов на расплавах солей топливо растворяется в самой расплавленной соли.

Это исключает риск расплавления — топливо не может расплавиться, если оно уже жидкое — и если произошла утечка, любая вытекшая соль и топливо быстро затвердеют в породу по мере охлаждения. Это будет легче очистить, чем радиоактивную воду или пар, выделяющиеся в случае утечки водо-водяного реактора.