Забыли о страшном прошлом? В Китае создали «прорывной» ядерный реактор. Это опасно?
После страшных и всем известных событий, казалось, люди могли отвернуться от ядерной энергетики насовсем. Однако человечество вновь пристально смотрит в сторону мирного атома, возводя новые станции по всему миру. Одна из причин тому — новые изобретения, среди которых потенциально очень безопасный ядерный реактор HTR-PM, созданный в Китае. В этом материале рассказываем, чем он уникален, почему разработку называют прорывом и из-за чего эксперты переживают, глядя на конструкцию китайской АЭС.
Человечество заходит на новый круг
В середине XX века атомную энергетику считали одним из важнейших технологических прорывов и оплотом будущего человечества. Многие искренне верили, что бо́льшая часть электроэнергии будет вырабатываться за счет ядерного деления, а уголь и нефть постепенно уйдут в прошлое. В 1953 году президент США Дуайт Эйзенхауэр произнес знаменитую речь, в которой выражал надежду, что «чудесная изобретательность человека» не будет посвящена его смерти, а будет посвящена жизни — на том выступлении родился термин «мирный атом»
Но реальность, как это зачастую бывает, оказалось сложнее. Сначала выяснилось, что для строительства АЭС необходимы колоссальные вложения, затем поняли, что утилизация ядерных отходов — большая проблема.
Но главным источником скепсиса в сторону ядерной энергетики стал, конечно, вопрос безопасности. И у этого два основных триггера, которые можно коротко и емко описать топонимами: Чернобыль и Фукусима.
После аварии в Припяти и особенно в Японии многие правительства стали пересматривать свое отношение к мирному атому, начали закрывать АЭС и останавливать строительства новых реакторов. Например, немцев так перепугала катастрофа на Фукусиме, что они решили полностью избавиться от атомных станций. Правительство Германии пошло на колоссальные расходы: они согласились выплатить 2,43 миллиарда евро за принуждение энергетических компаний к закрытию АЭС.
Однако в последние годы тренд вновь меняется на противоположный. Как рассказывают на сайте Всемирного экономического форума, искусственный интеллект (куда ж без него), центры обработки данных и нестабильная геополитическая обстановка увеличивают спрос на надежную, безопасную и экологически чистую электроэнергию — в этом контексте атомная энергетика вновь привлекает к себе внимание.
По данным Международного энергетического агентства, сегодня во всем мире строятся 63 реактора, и за последние пять лет были приняты решения о продлении срока эксплуатации более чем 60 других. В Польше недавно стартовало строительство первой в стране атомной электростанции, и даже Германия, по словам специалистов, пересматривает свое радикальное отношение к этому источнику энергии. А США планирует увеличить мощность существующих реакторов на 5 гигаватт и начать строительство десяти новых крупных реакторов к 2030 году.
Несмотря на то, что в ядерной энергетике все еще преобладают традиционные водо-водяные реакторы, все более популярными становятся модульные — меньшие по размеру и мощности, более простые по конструкции, а следовательно, и не такие дорогие.
Именно такого рода прорывной реактор, который называют HTR-PM, создали в Китае.
Первый в мире и чрезвычайно безопасный
Аббревиатура HTR-PM расшифровывается как High Temperature Reactor — Pebble-bed Module, то есть высокотемпературный модульный реактор с шаровыми топливными элементами. Звучит непросто, но сейчас во всем разберемся.
HTR-PM называют первым в мире ядерным реактором четвертого поколения. Это, по сути, энергоблоки будущего, которые обещают быть дешевле, безопаснее и эффективнее нынешних реакторов. Первым поколением называли самые ранние экспериментальные реакторы, второе поколение — это уже работающие и коммерческие энергоблоки на АЭС, а к третьему относят улучшенные версии реакторов второго поколения. То есть поколение IV — это реальный прорыв и скачок вперед в атомной энергетике, и такого рода установка пока только одна в мире, в Китае.
Находится уникальный реактор на атомной электростанции Шидаовань, расположенной в провинции Шаньдун на самом востоке Китая у побережья Желтого моря. Причем это уже не экспериментальный проект, а введенная в эксплуатацию установка, передающая энергию потребителям — например, для отопления домов.
Реактор HTR-PM состоит из двух небольших модулей, каждый мощностью 105 МВт, которые вращают паровую турбину, что на выходе дает мощность в 210 МВт. Для сравнения один из четырех реакторов на Чернобыльской АЭС (РБМК-1000) имел мощность 1000 МВт.
В качестве теплоносителя используется гелий, а в качестве замедлителя — графит. Особенность конструкции заключается в том, что в каждый модуль реактора HTR-PM загружено 400 000 сферических топливных элементов («шариков») вместо привычных стержней. Каждый такой элемент диаметром 60 мм — примерно как бильярдный шар — содержит 7 г урана, обогащенного до 8,5%. Вместо охлаждающей воды, которая используется в самых распространенных водо-водяных реакторах, активная зона реактора омывается инертным гелием с температурой на выходе до 750°C.
Также все эти «шарики» покрыты слоем графита и содержат около 12 000 крошечных частиц топлива (урана), покрытых четырехслойной керамикой, распределенных по графитовому порошку. Вся суть такой необычной конструкции в том, что топливо обладает высокими характеристиками безопасности и, если верить данным Китайской ассоциации атомной энергетики, сохраняет свою целостность и радиоактивность при температурах до 1620°C, что значительно выше температур, которые могут возникнуть даже в экстремальных аварийных ситуациях.
Для проверки безопасности HTR-PM летом 2024-го специалисты провели критическое испытание: ученые отключили внешнее электропитание станции Шидаовань, чтобы продемонстрировать возможность охлаждения реактора без внешнего источника. В результате ничего опасного с активной зоной станции не произошло, а реакторы охладились естественным путем. Китайские эксперты заявили, что АЭС с такими реакторами просто «не способна расплавиться», и назвали HTR-PM «изначально безопасным реактором».
Выходит, что реактор HTR-PM может безопасно остановиться в случае аварии, не вызывая расплавления активной зоны или опасной утечки радиоактивных материалов. Поэтому китайская разработка считается прорывом.
Стоит отметить, что первые реакторы с топливом в «шариках» были построены в Германии еще в 1960-х, однако такие АЭС так и не вышли из экспериментального статуса. Концепцию модульного реактора HTR, как утверждает немецкая экспертная организация в области ядерной безопасности, также разработали в Германии, но так и не реализовали.
Помимо прочего, в районе станции Шидаовань китайцы планируют установить еще 18 таких высокотемпературных реакторов подобных HTR-PM. Также разрабатывается увеличенная установка под названием HTR-PM600, которая представляет собой одну большую турбину мощностью 650 МВт, приводимую в движение шестью реакторными блоками HTR-PM.
Впрочем, можно задаться спекулятивным вопросом: если реактор HTR-PM настолько прорывной с точки зрения безопасности, то почему АЭС Шидаовань расположили на самом краю Китая, поближе к Корейскому полуострову? Совпадение, технологические нюансы или перестраховка?
Идеальный реактор, который изменит атомную энергетику?
В научном обществе действительно сложился консенсус, что HTR-PM — реальный прорыв, концепция безопасности такого реактора впечатляет и имеет далекую перспективу. Но эксперты нашли, за что покритиковать уникальный реактор, и предупреждают о возможных неприятных последствиях.
Специалисты отмечают, что HTR-PM был создан без тех мер безопасности, которыми обычно оснащены ядерные реакторы: у него нет герметичной защитной оболочки высокого давления, которая могла бы служить дополнительным барьером в случае непредвиденного выброса радиоактивных материалов. Также у реактора отсутствует резервная система активного охлаждения.
«Ни один реактор не застрахован от аварий. Отсутствие аварий с расплавлением активной зоны не означает, что опасное событие невозможно», — говорил Райнер Мурман, исследователь в области ядерной безопасности из Германии.
Он и другие эксперты, тщательно изучавшие китайский ядерный реактор, утверждают, что с новыми технологиями всегда существует более высокая вероятность ошибки оператора. А прототипы высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в прошлом удивляли специалистов образованием локальных горячих точек в активной зоне и неожиданно высоким уровнем радиоактивной пыли.
Конструкция с шаровым топливом, по мнению экспертов, также производит больший объем радиоактивных отходов, хранение и переработка которых представляет собой сложную задачу.
Справедливо будет отметить, что эти опасения ученые высказывали еще до полноценного запуска HTR-PM. Но их частично подтвердил отчет от немецкой экспертной организации в области ядерной безопасности, который выпустили в 2024-м, после критических испытаний с охлаждением реактора. В нем эксперты из авторитетной организации, в частности, указывают на специфические риски, связанные с графитовой пылью и отсутствием традиционной защитной оболочки.
Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро
Перепечатка текста и фотографий Onlíner запрещена без разрешения редакции. ga@onliner.by