Исследователи из Национальной лаборатории Айдахо (INL) успешно продемонстрировали эффективный способ производства топлива для первого в мире жидкосолевого реактора на быстрых нейтронах. Эти результаты ускорят производство топлива, необходимого для запуска исследовательского реактора на расплавленных солях MCRE, что позволит исследователям продвинуться в создании нового класса реакторов.
Исследователи INL с 2020 г. работают над созданием технологии синтеза топливной соли – процесса, используемого для создания расплавленной хлоридной топливной соли. Для работы реактора необходимо производить 18 кг топливной соли за один раз, превращая при этом 90 % металлического уранового сырья в топливную соль хлорида урана – такого количества раньше никогда не достигали. Сначала команде удавалось преобразовывать только 80 % металлического урана и производить 10 кг топливной соли за партию. Переломный момент наступил прошлым летом после разработки нового метода использования урана, в результате чего удалось преобразовать 95 % металлического урана и произвести 18 кг топливной соли. Однако на этот процесс потребовалось около 200 ч, что не позволит обеспечить устойчивый темп производства.
Команда ученых привлекла других экспертов из INL, Southern Company и TerraPower, которые помогли провести серию экспериментов, направленных на снижение времени производства. Теперь они могут стабильно производить 18 кг топливной соли за 8 ч и планируют сократить это время до 5 ч.
«После нескольких лет экспериментов и доработок мы наконец нашли правильный метод для достижения идеального результата, – сказал директор проекта INL MCRE Ник Смит. – Нужно обладать особым упорством, чтобы продолжать работать над проблемой, когда нет никаких гарантий, что решение найдется».
INL планирует запустить реактор MCRE в 2030-х гг. на 6 месяцев на испытательном стенде в Лаборатории по эксплуатации и испытаниям в США (LOTUS) перед выводом из эксплуатации. Результаты работы MCRE помогут коммерческому внедрению жидкосолевого реактора на быстрых нейтронах MCFR компаний TerraPower и Southern Company, которое может состояться в 2030-х гг. Экспериментальные исследования также помогут продемонстрировать методы обращения с жидким топливом и разработать цепочку поставок компонентов реактора на расплавленных солях. В конструкции MCFR жидкая соль используется в качестве топлива и теплоносителя, что позволяет работать при более высоких температурах и вырабатывать тепло или электроэнергию более эффективно, чем современные реакторы.
В настоящее время INL устанавливает линию синтеза топливной соли, завершение установки планируется весной этого года. Далее до конца 2025 г. будет проведена полномасштабная демонстрация изготовления пяти партий топливной соли на основе высокообогащенного урана. Затем лаборатория будет увеличивать объемы производства топливной соли, чтобы изготовить оставшиеся партии в 2026 г. Всего для достижения критического состояния MCRE потребуется 72-75 партий топливной соли, что сделает INL крупнейшим производителем жидкосолевого топлива со времен работы экспериментального реактора-размножителя-II более 30 лет назад.