Термоядерный компонент уникального гибридного реактора создали и испытали специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с другими российскими учеными.
Разрабатываемая система, по словам авторов, объединит преимущества реакторов разных типов и будет отличаться безопасностью, экономностью и компактностью. Результаты опубликованы в журнале Nuclear Engineering and Technology.
Гибридные реакторные системы, или системы «синтез-деление», как объяснили ученые ТПУ, объединяют в себе надежность привычных реакторов деления вместе с экономностью и экологической безопасностью термоядерной энергетики.
Состоят такие системы из источника термоядерных нейтронов и активной зоны (так называемого бланкета), в которой протекает деление тяжелых ядер. Топливом служит смесь тория и оружейного плутония.
Торий, по словам ученых, сам по себе не является источником энергии, зато из него образуется уран-233, накопление которого в активной зоне увеличивает длительность топливного цикла.
Замена на торий урана-238, применяемого в обычных реакторах деления, позволяет резко снизить объем радиоактивных отходов.
В отличие от реакторов деления, управление которыми основано на использовании поглотителей нейтронов, состояние топлива в бланкете гибридной системы регулируется, напротив, добавкой нейтронов из термоядерного источника.
В проекте ученых ТПУ им служит газодинамическая магнитная ловушка, в которой дейтерий и тритий удерживаются в состоянии высокотемпературной плазмы.
«В плазме ионы дейтерия и трития, сталкиваясь друг с другом, объединяются в ядра гелия с выделением высокоэнергетических нейтронов. Те поступают из вакуумной камеры в бланкет в импульсном режиме, поддерживая деление тяжелых ядер, которое и дает основную энергию.
Ключевое отличие гибридной системы в том, что ядерный материал находится не в строго критическом состоянии, как в традиционном реакторе, а в состоянии близком к критическому, что исключает возможность развития неконтролируемой цепной реакции», — объяснил доцент отделения ядерно-топливного цикла (ОЯТЦ) ТПУ Сергей Беденко.
Выделяемая в результате деления энергия, как объяснили ученые, отводится гелиевым теплоносителем.
Разогретый до температуры около 730 °C гелий при подключении газотурбинной установки и электрогенератора можно использовать для производства не только электроэнергии, но и водорода методом паровой конверсии метана.
Разрабатываемый гибридный реактор будет обладать компактными размерами, мощностью около 60–100 МВт и способностью работать без перезагрузки топлива более восьми лет.
По мнению ученых, это позволит использовать его в труднодоступных регионах для получения электроэнергии, тепла и экологически чистого водородного топлива.
Использованная учеными газодинамическая магнитная ловушка, по их словам, позволяет удерживать высокотемпературную плазму значительно дольше других существующих систем.
Это поможет лучше исследовать как процесс термоядерного синтеза, протекающий в ней, так и работу различных элементов реактора в условиях жесткого нейтронного облучения, что, по мнению ученых, должно существенно ускорить развитие термоядерной энергетики.
«В ходе проведенных исследований мы определили оптимальные параметры термоядерного источника нейтронов для постоянного поддержания бланкета гибридной системы в контролируемом околокритическом состоянии, а также изучили эффект „волны делений ядер“, возникающей после однократного импульса термоядерного горения», — отметил Сергей Беденко.
Концепцию ториевого гибридного реактора предложил в 2019 году коллектив ученых Томского политехнического университета, Всероссийского научно-исследовательского института технической физики имени академика Е. И. Забабахина и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН. Исследования проводятся в рамках гранта РФФИ № 19-29-02005.
Читайте также: Решение принято: впереди война
