30 марта 2021 года в рамках данной деятельности комиссия по ядерному регулированию (NRC) США провела в дистанционном режиме семинар, посвящённый различным аспектам готовности нормативной базы к внедрению термоядерной энергетики.
В одном из докладов, сделанных на вебинаре, участники смогли ознакомиться с мнением национальной академии наук США - точнее, специализированного комитета, созданного в академии по термоядерному направлению.
Комитет, о котором идёт речь, был сформирован в академии наук с целью предоставления рекомендаций министерству энергетики США и другим организациям и ведомствам, вовлечённым в решение задачи по строительству в стране пилотной термоядерной электростанции, производящей электроэнергию при минимально возможных капитальных затратах.
Среди прочего, в обязанности комитета включена подготовка краткого отчёта по следующим вопросам:
- определение ключевых целей для всех критических аспектов пилотной установки, не зависящих от принятой концепции удержания плазмы и затрагивающих все предполагаемые этапы эксплуатации пилотной станции;
- определение основных инноваций, которые необходимы в частном и государственном секторах для достижения ключевых целей;
- сбор откликов от потенциальных будущих владельцев и изготовителей оборудования для термоядерных электростанций;
- анализ энергорынка для термоядерных электростанций и предоставление информации о том, как пилотная термоядерная электростанция может способствовать удовлетворению национальных энергетических потребностей.
Основные выводы, к которым на сегодняшний день пришёл комитет, выглядят следующим образом.
Во-первых, для лидерства в термоядерном направлении и для облегчения перехода к энергосистеме с низким уровнем выбросов парниковых газов (2050 год) министерство энергетики США и частный сектор должны обеспечить получение первых киловатт-часов от пилотной термоядерной электростанции в период 2035-2040 годов.
Во-вторых, министерство энергетики должно уже сейчас способствовать созданию национальных команд (в том числе, государственно-частных партнёрств), разрабатывающих концептуальные проекты пилотной термоядерной станции и технологические дорожные карты для создания инженерного проекта такой станции (причём станция должна быть конкурентоспособна с точки зрения экономики).
В-третьих, для пуска пилотной станции в 2035-2040 годы министерство энергетики и частный сектор должны сделать срочные инвестиции, которые позволят решить остающиеся технические и научные вопросы, а также помогут с финансированием проектирования, строительства и ввода в эксплуатацию пилотной станции.
Комитет академии представил своё видение дорожной карты до 2050 года. Она включает в себя этапы концептуального проектирования, технического проектирования и строительства, начала работы пилотной станции и три этапа её эксплуатации.
На первом этапе эксплуатации (2035-2040 годы) предполагается продемонстрировать саму возможность применения реакции синтеза для коммерческой генерации электроэнергии (иными словами, доказать, что пилотная станция производит больше электроэнергии, чем потребляет на собственные нужды).
Этап разбит на два подэтапа 1a и 1b. В ходе первого из них необходимо выйти на непрерывное производство усреднённых по времени 100-500 МВт(т) на протяжении не менее 100 секунд.
На подэтапе 1b первого этапа потребуется выйти на генерацию как минимум 50 МВт(э) на временны́х отрезках продолжительностью не менее трёх часов. Также для дейтерий-тритиевого реактора необходимо продемонстрировать все необходимые операции с тритием, включая его производство и перегрузку термоядерного реактора по тритию.
Комитет полагает, что пилотная термоядерная электростанция должна с самого начала уметь обеспечивать себя тритием, так как доступные на сегодня объёмы поставок трития примерно соответствуют годовому потреблению пилотной станции. Кроме того, для пуска станции потребуется заблаговременно приобрести необходимый объём трития.
Второй этап эксплуатации (2040-2045 годы) будет характеризоваться длительной работой на электрической мощности не менее 50 МВт(э) - не менее 1 реакторо-года. В ходе этапа будет накапливаться эксплуатационный опыт, ценный для разработчиков головной коммерческой термоядерной электростанции.
Наконец, третий этап эксплуатации (2045-2050 годы) знаменует собой достижение определённой степени зрелости технологии. В ходе этапа будут отработаны несколько кампаний, продолжится сбор информации и накопление опыта, а также будут проводиться экспериментальные исследования материалов, технических решений и методов работы термоядерных станций в энергосетях.
Одна из важнейших задач, которые будут поставлены перед пилотной термоядерной электростанцией - демонстрация безопасности её эксплуатации.
Основную угрозу с точки зрения радиационной безопасности будет представлять тритий, поэтому уменьшению выбросов трития должно уделяться первостепенное внимание. Необходимо также учесть опыт работы JET и TFTR, а также все наработки, сделанные по ходу проектирования ITER.
На площадке пилотной электростанции будет находиться менее 1 кг трития, однако у последующих коммерческих станций этот показатель будет выше, отмечают в комитете.
Объёмы, с которыми придётся иметь дело при обращении с тритием на термоядерных станциях, на один-два порядка превышают объёмы, характерные для тяжеловодных реакторов, поэтому до пуска пилотной станции потребуется разработать и продемонстрировать соответствующие технологии обращения.
Ещё одна проблема, с которой придётся столкнуться - активация термоядерными нейтронами конструкционных материалов.
Желательно, чтобы на пилотной станции не образовывались радиоактивные отходы класса выше чем "C". Объёмы захоронений в приповерхностных пунктах размещения РАО должны быть сведены к минимуму, а потребность в долгосрочном хранилище РАО в идеале должна быть устранена. Соответственно, необходимо вдумчиво подойти к выбору материалов для проекта станции.
Чтобы не допустить неоправданного торможения работ по термоядерной программе, NRC должна сформировать нормативную базу для термоядерной энергетики в срок до 31 декабря 2027 года, считают в комитете академии наук.
Нормативная база должна обладать гибкостью и не налагать на разработчиков излишних требований - это критически важно для экономики термоядерной энергетики. База должна быть применима к различным концепциям термоядерных реакторов, а также должна идти в ногу с инновациями.
Комитет сформулировал перечень ключевых тем, на которые регуляторам нужно обратить внимание при создании нормативной базы для термояда.
В первую очередь, это различные вопросы, касающиеся трития. Также необходимо чётко определить требования к размещению термоядерных электростанций и к размерам зон планирования при чрезвычайных ситуациях.
Среди других вопросов комитет академии выделил также требования к лицензированию персонала термоядерных станций.
