Россия и США совместно разрабатывают проект атомной электростанции будущего. По мнению разработчиков, она значительно превзойдёт все прежние системы и по безопасности, и по экономичности, и по многим другим параметрам. Несмотря на рост использования солнечных батарей, энергии ветра и волн, прочих альтернатив, от «классической» энергетики нам в ближайшие десятилетия не уйти. А здесь, пожалуй, наиболее экологичной является, как ни странно, энергетика атомная.
Экологи постоянно говорят о том, что тепловые станции отравляют атмосферу миллионами тонн ядов и парниковых газов. Гидроэлектростанции, а точнее сопутствующие водохранилища, необратимо меняют природу на многие десятки километров вокруг, затрагивают среду обитания тысяч видов, оказывают огромное давление на земную кору.
Новая схема АЭС устраняет из её конструкции множество прежних систем. С американской стороны главным участником проекта является компания General Atomics, а с российской – Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И.И. Африкантова в Нижнем Новгороде, подчиняющееся Федеральному агентству по атомной энергии РФ.
А поскольку в новом типе АЭС специалисты видят будущее атомной энергетики – познакомимся поближе, как же она будет работать.
Называется эта система Gas Turbine — Modular Helium Reactor (GT-MHR), а по-русски — «Газовая турбина — модульный гелиевый реактор» — ГТ-МГР. В создании принципиально новой АЭС принимает участие большое количество американских и российских институтов и организаций, а также – компании из Франции и Японии.
Новизна проекта заключается в двух основных постулатах.Ядерный реактор с охлаждением газообразным гелием и с внутренне присущей безопасностью (то есть – чем сильнее нагрев – тем слабее реакция) и кратчайшее преобразование энергии горячего гелия в электричество с помощью газовой турбины так называемого замкнутого цикла Брайтона. Поскольку капсулы активного вещества закапываются в землю, то отпадает необходимость в использовании дополнительного оборудования (насосов, турбин, поверхностных труб), что упрощает устройство станции и снижает затраты на ее строительство и обслуживание.
Схема работы реактора (нажмите, чтобы посмотреть)
Всё капсулировано. При этом даже отказ системы управления не ведёт к расплавлению топлива. Всё автоматически затухает и медленно остывает за счёт рассеивания тепла в грунт, окружающий станцию.
Топливо для станции – это оксид и карбид урана или оксид плутония, выполненные в виде шариков диаметром всего 0,2 миллиметра и покрытые несколькими слоями различной термостойкой керамики. Высокореактивные металлы «насыпаются» в стержни, те формируют сборку и так далее. Физические (масса конструкции, условия протекания реакции) и геометрические параметры реактора таковы (сравнительно низкая плотность энергии, например), что при любом развитии событий, даже полной потере теплоносителя, эти шарики не расплавятся.
Топливо для станции
Вся активная зона выполнена из графита – никаких металлоконструкций тут нет вообще, а жаропрочный сплав применён лишь в самом внешнем корпусе — капсуле. Так что даже если весь персонал станции по каким-либо причинам не сможет приступить к обслуживанию оборудования, температура в сердце АЭС подскочит максимум до 1600 градусов по Цельсию, но активная зона при этом не расплавится. Реактор же сам начнёт охлаждаться, отдавая тепло в окружающий грунт.
В основе работы станции, как уже упоминалось выше, лежит газовая турбина – модульный гелиевый реактор. ГТ-МГР представляет собой графито-газовый реактор, собранный в двух модулях: блока высокотемпературного реактора и блока преобразования энергии (БПЭ). В первом содержится активная зона и система управления и защиты реактора (СУЗ), а в состав второго входят: газовая турбина с генератором, рекуператор, холодильники. Преобразование энергии — замкнутый одноконтурный цикл Брайтона.
Оба модуля реакторной установки располагаются в вертикальных железобетонных шахтах, находящихся ниже уровня земли. Основными преимуществами использования данного устройства выступают его высокий коэффициент полезного действия и невозможность разрушения активной зоны в случае аварии. Недостатком, который выделяют разработчики, на данный момент является невысокая мощность. Для замены одного блока ВВЭР-1000 требуется четыре блока ГТ-МГР. Данный недостаток вызван, с одной стороны, применением газового теплоносителя, обладающего небольшой теплоёмкостью по сравнению с водой или натрием, и, с другой стороны, низкой энергонапряжённостью активной зоны как результата выполнения повышенных требований к безопасности реактора. Но эта незначительная, на первый взгляд, особенность ставит под сомнение доводы об упрощении конструкции АЭС с ГТ-МГР.
Иллюстрации сайта http://gt-mhr.ga.com/