Chińscy inżynierowie rozwijają mikroreaktor jądrowy, którego rdzeń ma być wielkości domowej lodówki, a cały system wytwarzania energii zmieścić się w dwóch lub trzech kontenerach. Urządzenie powstaje z myślą o dostarczaniu prądu tam, gdzie trudno korzystać z tradycyjnej sieci elektroenergetycznej. W prowincji Syczuan rozpoczęto właśnie nowy etap prac nad wprowadzeniem tej technologii do zastosowań przemysłowych.

20 października w Chengdu oficjalnie zainaugurowano działalność spółki Sichuan Energy Nuclear Industry, utworzonej z inicjatywy państwowej grupy Sichuan Energy Development Group oraz Chińskiego Instytutu Badań i Projektowania Energii Jądrowej. Do przedsięwzięcia przystąpiły również fundusze inwestycyjne i przedsiębiorstwa przemysłowe. Kapitał zakładowy spółki wynosi miliard juanów, a jej zadaniem jest rozwój zaawansowanych technologii jądrowych, w tym przygotowanie mikroreaktorów do przyszłej produkcji i eksploatacji.

Tego rodzaju urządzenia różnią się od reaktorów wykorzystywanych w dużych elektrowniach jądrowych nie tylko rozmiarami. Ich moc elektryczna nie przekracza zwykle 10 megawatów, a konstrukcja od początku jest projektowana z myślą o niewielkich instalacjach. Poszczególne moduły mają być wytwarzane w zakładach przemysłowych, transportowane na miejsce i tam montowane, co pozwoli ograniczyć zakres prac budowlanych.

Jak działa tak mały reaktor jądrowy?

W chińskim projekcie zastosowano paliwo zawierające uran i wodorek cyrkonu oraz ciekły stop ołowiu i bizmutu, który pełni funkcję chłodziwa. W przeciwieństwie do większości działających obecnie elektrowni jądrowych konstrukcja nie wymaga wykorzystania wody pod wysokim ciśnieniem do odbierania ciepła z rdzenia.

Podstawowa zasada produkcji energii pozostaje jednak podobna. Rozszczepienie jąder atomowych wytwarza ciepło, które jest odbierane przez chłodziwo i przekazywane do wymiennika. Tam powstaje para napędzająca turbinę połączoną z generatorem prądu. Zastosowanie stopu ołowiu i bizmutu pozwala ograniczyć rozmiary części instalacji, ponieważ chłodziwo może pracować przy ciśnieniu znacznie niższym niż w tradycyjnych reaktorach wodnych ciśnieniowych.

Istotną rolę odgrywa również konstrukcja paliwa. Zawarty w nim wodór uczestniczy w spowalnianiu neutronów, dzięki czemu nie trzeba stosować tak rozbudowanego oddzielnego układu moderatora. Ułatwia to zaprojektowanie mniejszego rdzenia.

Według naukowców z Chińskiego Instytutu Badań i Projektowania Energii Jądrowej paliwo ma ponadto korzystne właściwości bezpieczeństwa. Wzrost temperatury prowadzi do osłabienia reakcji jądrowej, co pozwala ograniczać moc reaktora bez konieczności każdorazowej interwencji operatora. Jest to jednak tylko jeden z elementów zabezpieczeń. Przed dopuszczeniem instalacji do eksploatacji konieczne będzie potwierdzenie jej właściwości w odpowiednich badaniach.

Energia dla wysp, kopalń i odległych osiedli

Jednym z rozważanych zastosowań mikroreaktorów jest zastępowanie generatorów dieslowskich wykorzystywanych na wyspach, platformach morskich oraz w trudno dostępnych regionach. Dostarczanie paliwa do takich miejsc bywa kosztowne, szczególnie gdy wymaga transportu morskiego lub pokonywania dużych odległości.

Projektanci zakładają, że mikroreaktor o mocy dwóch megawatów mógłby pracować przez pięć do dziesięciu lat na jednym załadunku paliwa. Przewidywany okres eksploatacji całej instalacji przekracza natomiast 40 lat. Oznaczałoby to znacznie rzadszą konieczność uzupełniania zapasów paliwa, choć rzeczywiste parametry będą musiały zostać potwierdzone podczas dalszych prac.

Ważną zaletą takiego rozwiązania byłaby możliwość równoczesnego dostarczania prądu i ciepła. Na niewielkich wyspach energię cieplną można byłoby wykorzystywać do odsalania wody morskiej, zapewniając mieszkańcom zarówno elektryczność, jak i dostęp do słodkiej wody. W zakładach przemysłowych ciepło mogłoby służyć do prowadzenia procesów technologicznych.

Chińscy specjaliści rozważają również współpracę mikroreaktorów z elektrowniami słonecznymi i wiatrowymi. Instalacja jądrowa zapewniałaby stabilną produkcję energii niezależnie od pogody, a źródła odnawialne uzupełniałyby lokalny system. Wśród potencjalnych odbiorców wymienia się także centra przetwarzania danych i przedsiębiorstwa wymagające nieprzerwanych dostaw prądu.

Technologia nie jest jednak jeszcze gotowa do powszechnego wykorzystania. Jak przyznają jej twórcy, dalszej weryfikacji wymaga zachowanie paliwa w warunkach długotrwałego napromieniowania i kontaktu z zastosowanym chłodziwem. Osobnym wyzwaniem będzie zwiększenie produkcji specjalistycznego paliwa, którego światowe dostawy pozostają ograniczone.

Najbliższe prace mają więc koncentrować się na sprawdzeniu konstrukcji oraz przygotowaniu zaplecza przemysłowego. Zgodnie z planem przedstawionym przez nową spółkę do 2028 roku przewidziano rozwój technologii mikroreaktora i przeprowadzenie demonstracji zintegrowanego systemu bez wykorzystania paliwa jądrowego. Dopiero pomyślne zakończenie kolejnych etapów badań i procedur dopuszczeniowych otworzy drogę do budowy oraz uruchomienia pierwszych instalacji demonstracyjnych.

Źródła: National Nuclear Safety Administration, reprint CCTV Xinwen Lianbo, Chuan Guan News / Sichuan Daily, Science and Technology Daily, People's Daily Sichuan, via Chuan Guan.