Ученые Инженерной школы ядерных технологий Томского политехнического университета(ТПУ) разрабатывают технологию, на основе которой можно будет создавать высокотемпературные газоохлаждаемые ториевые реакторные установки малой мощности, сообщает пресс-служба университета. Результаты исследования опубликованы в журнале Annals of Nuclear Energy.

Разрбатываемые ториевые реакторные установки можно будет использовать в тех районах, где нет больших водоемов и рек, наличие которых является обязательным условием для строительства классического реактора. Вместо воды в ториевых реакторных установках будет использоваться гелий, или углекислый газ или водород. Поэтому такие установки смогут работать в засушливых местностях и в отдаленных районах Сибири и в Арктике. Топливом для нового типа реакторов послужат смесь тория и оружейного плутония.

«Оружейный плутоний был наработан в больших количествах в мире еще в советские годы. Затраты на хранение этого топлива очень большие, и его нужно утилизировать. В США его обезвреживают при помощи химических методов и захоранивают, а в России — сжигают в реакторах. Однако при этом какой-то процент плутония все равно остается, и его требуется захоранивать на полигонах радиоактивных отходов. Наша технология позволит снизить этот процент. С ее помощью можно будет сжечь 97% оружейного плутония.  А когда весь оружейный плутоний будет утилизирован, на ториевых установках вместо него можно будет использовать уран-235 или уран-233», — приводятся пояснения оного из авторов разработки, доцента Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Сергея Беденко. 

По словам разработчиков, новая установка будет способна работать на невысоких мощностях (от 60Вт), для активной зоны ториевого реактора потребуется совсем немного топлива, а процент его выгорания при этом будет выше, чем на существующих сегодня реакторах. После переработки 3% оставшегося оружейного плутония уже не будут представлять ядерной опасности. На выходе образуется смесь из графита, плутония и продуктов распада, которую будет очень трудно использовать для каких-либо других целей, и можно только захоронить. 

Одним из важных преимуществ ториевых установок ученые полагают их многофункциональность: они позволят не только переработать запасы плутония в электрическую и тепловую энергию, но и опреснять воду и производить водород в промышленных масштабах. Получать водород ученые предлагают за счет гелия, который будет использоваться в ториевом реакторе вместо воды. В активной зоне реактора гелий будет нагреваться до температуры в 1250 C°, а затем поступать на установку по производству водорода. Как утверждают ученые, масштабы производства водорода на такой атомной станции будут гораздо выше, чем на существующих химических производствах. Еще одним важным преимуществом ториевой установки станет то, что, в зависимости от нужд производства, можно будет менять мощность реактора, повышая или понижая объемы производимого водорода.

К достоинствам таких реакторов авторы относят также более высокую степень безопасности по сравнению с традиционными моделями, повышенный КПД (до 40–50%), отсутствие фазовых переходов теплоносителя, уменьшение проблем с коррозией рабочих поверхностей, возможность использования разного по составу топлива и его перегруза в процессе работы реактора, упрощенное обращение с отработавшим ядерным топливом.

«Во-первых, сэкономить позволяет использование в реакторе тория. В существующих реакторах используется уран, который требуется обогащать. Эта процедура является, пожалуй, одной из самых дорогих в атомной отрасли. Торий обогащать не требуется, а оружейный плутоний уже содержит в себе требуемую концентрацию делящегося материала. Их остается только смешать и изготовить топливные таблетки. Кстати, такое топливо можно будет использовать не только в ториевых установках, но и на распространенных реакторах ВВЭР-1000», — поясняет Сергей Беденко. 

Сама конструкция ториевых реакторных установок содержит гораздо меньше элементов, чем в классических реакторах, что сделает их строительство в разы дешевле. Ученые рассчитывают, что проработать такие установки в перспективе смогут не менее 10 – 20 лет, а после того, как топливо будет отработано, активную зону ториевого реактора можно будет либо перезагрузить, либо утилизировать. Затраты на строительство таких установок, по мнению авторов, окупятся за счет массового производства торий-плутониевого топлива, а также за счет импорта этой технологии в те страны, где необходимы такие установки.

«Мы постарались, прежде всего, обратить внимание общественности на то, что эту технологию необходимо начинать развивать в России. Сейчас похожие проекты уже появляются в США, Китае, Индии, Корее. И нет никаких сомнений, что внешний рынок по производству таких установок появится уже через несколько лет. В Китае уже сейчас производят похожие топливные элементы, запущена производственная линия, в этом году планируется запуск первого маломощного реактора. Его концепция отличается от той, которую предлагаем мы, по ряду параметров, но он тоже высокотемпературный и может служить для производства энергии и водорода. Однако в этих установках планируют использовать не торий, а уран. Метод, предлагаемый нами, еще более эффективен в связи с тем, что торий не потребуется обогащать. И в перспективе наша технология сможет составить достойную конкуренцию зарубежным производителям», — полагает Сергей Беденко.