Новости 2 октября 2017

С помощью своих ядерных реакторов основатель Microsoft надеется сбить мировые цены на электроэнергию

Китайская национальная ядерная корпорация (CNNC) объявила о создании совместного предприятия для строительства реактора на бегущей волне в провинции Хэбэй на востоке страны. Эта провинция полукольцом охватывает столицу КНР Пекин (21,7 млн жителей) и еще один мегаполис - Тяньцзинь (15,5 млн). Уже один этот факт свидетельствуют о том, что власти КНР уверены в безопасности будущей АЭС.

Как сообщает Bloomberg, разработка принадлежит компании TerraPower, главным пакетом акций которой владеет корпорация Microsoft Билла Гейтса. Нужно отметить, что сам Гейтс не только возглавляет TerraPower, но и является главным ее идеологом.

В самом деле для основателя Microsoft реакторы на бегущей волне - это не просто бизнес, а прежде всего способ спасти мир от энергетического голода и притом обезопаситься от экологических катастроф. Этой идеей Гейтс озаботился лет десять назад, и именно она привела его в совершенно новую для него сферу атомной энергетики.

Гейтс искал, какой вид энергетики способен обеспечить мир дешевой электроэнергией, не выбрасывая в атмосферу углекислый газ, провоцирующий глобальное потепление. Солнечные, ветровые, приливные электростанции пока что слишком дороги и маломощны, чтобы решить энергетические проблемы густонаселенных развивающихся стран Азии и Африки. Но имеющиеся атомные электростанции тоже не устраивали Гейтса, поскольку они крайне расточительно используют ограниченные запасы урана и наряду с энергией производят радиоактивные отходы, представляющие собой громадную проблему, решать которую придется будущим поколениям.

Природный уран представляет собой смесь трех изотопов: 99,282% урана-238, 0,712% урана-235 и 0,006% урана-234. Только два последних, составляющие суммарно менее 1%, "горят" в обычных реакторах. Чтобы ядерное топливо было способно поддерживать цепную реакцию, природный уран обогащают, увеличивая содержание урана-235 и урана-234 до 3-4%. Это означает, что 96-97% ядерного топлива представляет собой уран-238, который в реакторе не "горит", но загрязняется там продуктами распада урана-235 и урана-234. В мире накоплены многие сотни тысяч тонн отработанного ядерного топлива (не считая захороненных радиоактивных отходов), которое ждет, чтобы люди придумали, что с ним делать.

Еще в конце 1950-х появилась идея, как можно использовать природный уран более эффективно. На ее основе в разных странах в разное время разрабатывалась технология реактора на бегущей волне. Он называется так потому, что в нем цепная реакция деления атомных ядер происходит не сразу во всей активной зоне, а ограничена определенным участком, который с течением времени перемещается внутри этой зоны. Такой реактор нуждается в обогащенном ядерном топливе только для затравки, чтобы вызвать цепную реакцию в начальном участке, а весь остальной объем активной зоны может быть заполнен природным (необогащенным) или даже обедненным ураном - то ли в виде отходов производства обогащенного урана, то ли в виде отработанного ядерного топлива, выгруженного из реакторов традиционных АЭС.

Тем не менее реализовать эту идею на практике оказалось трудным делом. В разных странах проекты такого рода стопорились, потому что не смогли получить надлежащих разрешений от госорганов или не нашли необходимого финансирования, а чаще по обеим причинам сразу. Некоторого прогресса в разработке технологии добилась корпорация Toshiba, и это вызвало интерес у Гейтса. В конце 2009 г. он посетил японские заводы Toshiba, подписав соглашение о неразглашении полученной информации. Кроме того, представители Гейтса побывали с аналогичными миссиями в России, Индии, Китае. А вскоре Гейтс поделился - нет, не чужими секретами, а планами своей компании.

"Идея работы TerraPower в том, чтобы вместо сгорания части урана, того самого 1%, который составляет уран-235, добиться сгорания 99%, то есть урана-238. Эта идея кажется сумасшедшей, но на самом деле она давно уже бродит в умах, просто не было возможности создать полноценную компьютерную симуляцию для ее проверки. И только теперь, благодаря современным суперкомпьютерам, удалось построить симуляцию и убедиться, что при нужном подходе к материалам это направление может оказаться эффективным", - рассказал глава TerraPower.

Он подчеркнул, что можно использовать в качестве топлива все накопившиеся отходы. "Так что не волноваться за их судьбу надо, а просто перерабатывать их. Это потрясающе. Эта штука дышит ураном, пока горит. Это как свеча", - вдохновенно объяснял Гейтс. По его словам, имеющегося в США обедненного урана достаточно для обеспечения страны энергией на сотни лет. Кроме того, дешевая энергия позволит извлекать природный уран даже из океанов. А значит, пообещал Гейтс, "путем простой фильтрации морской воды можно получить достаточно топлива на весь период жизни планеты Земля".

Судя по рассказу Гейтса, проект TerraPower предполагает строительство глубоко в земле как бы вертикальной колонны из отработанного ядерного топлива, после чего процесс начинается на макушке и продолжается вниз. "Сегодня реакторы постоянно загружаются топливом, а потому нужно много людей и много звеньев управления, а ведь любой элемент системы может дать сбой, потому что надо эту штуку открывать, что-то помещать внутрь, что-то вынимать. Это не к добру. Так вот, если есть дешевое топливо, то можно загрузить его на 60 лет вперед. Считайте, это как бревно закопать вглубь и избавиться от сложностей, и оно горит там себе 60 лет, пока не сгорит, и на этом все, - пояснил Гейтс. - А насчет отходов - они просто остаются там, и образуется их при этом способе гораздо меньше. Затем можно их собрать, перенести в другую установку и сжечь".

Гейтс признал, что труднее всего будет построить пилотный реактор: для этого нужно найти несколько миллиардов долларов и местность с благоприятной юридической средой для этой затеи. "Как только первый реактор будет построен и при этом заработает как обещано, то все остальное ясно, как день, потому что экономичность и плотность энергии радикально отличаются от обычной ядерной энергетики", - заверил глава TerraPower.

Благоприятную юридическую среду он нашел в Китае и там же - богатого соинвестора в лице CNNC. Соответствующие переговоры начались в 2011 г., а в сентябре 2015-го, во время визита в США главы КНР Си Цзиньпина, был подписан меморандум о взаимопонимании между CNNC и TerraPower. В 2016-м Гейтс уверенно рассказывал о перспективах сотрудничества с китайцами - и, как видим, не ошибся. Дело уже дошло до создания совместного предприятия. Осталось построить, протестировать - и продемонстрировать всем, что реактор работает. По планам Гейтса, это должно произойти в 2024 г.

С середины 1990-х над проектом безопасного реактора на быстрых нейтронах, работающего в режиме волны медленного ядерного горения, работает группа ученых Национального научного центра "Харьковский физико-технический институт" под руководством академика Николая Шульги. О последних достигнутых результатах они рассказали на институтском семинаре в октябре 2016 г.

Концепция ХФТИ отличается от идеи TerraPower тем, что харьковчане предлагают "сжигать" в реакторе смесь урана-238 и тория-232 в пропорции 50:50. Месторождения, содержащие торий, есть во многих странах, в том числе и в Украине. Полная мощность реактора составит 1 ГВт. Как известно, крупнейшая в Европе Запорожская АЭС имеет шесть энергоблоков мощностью по 1 ГВт, но то - гигантские сооружения, а реактор на быстрой волне, предлагаемый ХФТИ, будет представлять собой колонну диаметром 2,4 м и высотой 5 м. Скорость волны "горения" в ней составит 2 см в год, а значит, эта колонна будет выдавать гигаваттную мощность в течение почти 250 лет без каких-либо дозагрузок ядерного "горючего" и без выгрузок отработанного топлива.

К тому же реактор с медленным ядерным "горением" является безопасным с точки зрения протекающих в нем физических процессов - ядерный взрыв в таком реакторе невозможен. Наверное, Украине стоило бы включить этот проект в число приоритетных, не дожидаясь, пока весь рынок захватят Билл Гейтс с китайцами.