Ядролық революция: Болашақтың қуат көзі қауіпсіз бола ма?

Ірі станциялар әдетте миллиардтаған долларды қажет етеді және үлкен қаржылық тәуекелдермен байланысты. Мысалы, Westinghouse Electric Company компаниясы жақында АҚШ-та төрт атом электр станциясын салу кезінде миллиардтаған доллар шығынға батып, банкроттыққа арыз берді. Knowable сайтына шыққан зерттеу материалдың ықшамдалған нұсқасын қазақ тілінде ұсынып отырмыз. 

Осы шығындарды азайтудың бір жолы - кішкентай модульдік реакторларды (SMR) салу. Бұл реакторлар жүк көлігімен тасымалдана алатын және бірнеше жүз мегаватт энергия өндіретін шағын реакторлардан бастап, қуаты бір мегаватт болатын кішкентайлары да бар, олар үлкен дизельді генераторларға ұқсайды. Модульдер зауытта алдын ала құралып, содан кейін орнатуға дайын күйде жеткізіледі. Бұл оларды инвесторлар үшін тартымдырақ етуі керек (бірақ бір мегаваттқа шаққандағы электр энергиясының құны үлкен атом электр станцияларына қарағанда жоғары болуы мүмкін).

Ресей, Қытай және Үндістанда бірнеше SMR реакторлары қазірдің өзінде жұмыс істеп тұр. Ондаған реакторлар әзірлену үстінде. Канада SMR бойынша ұлттық іс-қимыл жоспарына ие және 2021 жылға қарай 10 SMR жобасы, соның ішінде Ultra Safe компаниясынан, қарастырылып жатыр.

Дегенмен, SMR (шағын модульдік реакторлар) құрастыру шығындары күтілгендей төмен болмады, деп атап өтті Грейнджер Морган, Карнеги-Меллон университетіндегі Климат және энергетика шешімдерін қабылдау орталығының физигі әрі тең директорларының бірі. Морган АҚШ-тағы ядролық энергетикаға қатысты деректерді есептеп, көңілі қалды. «Мен SMR әлдеқайда үміт күттіретін болады деп ойладым, бірақ біз сандарды сәйкестендіре алмадық», – дейді ол.

Бұл мәлімдеме 2023 жылдың қараша айында жасалды, сол кезде NuScale компаниясы Айдахо штатында жер астында орналасатын SMR салу жөніндегі амбициялық жобаларын шығындардың өсуіне байланысты тоқтатқан болатын. «Ядролық энергияның болғаны жақсы ма? Әрине», – дейді Морган. «Бірақ ол қолжетімді бола ма? Бұл өте күрделі сұрақ».

Басқалардың айтуынша, «кішкентай» деген сөз әрқашан тиімді дегенді білдірмейді. Шағын зауыттар апат қаупін азайтқанымен, бұл стратегия көп зауыт салуды талап етеді, сондықтан қауіпсіздікті күшейтіп, ұрлық пен терроризмге қарсы қорғау қажет болады. «Сізде таралатын материал әлдеқайда көп болады; инфрақұрылымды күшейту керек», – дейді Джованнини. «Бұл үлкен қиындыққа айналады».

Келесі буын ядролық технологиялары

Кейбір мамандар атом электр станцияларын кішірейтуге баса назар аударса, басқа бағытта оларды қауіпсіз және тиімді етуді көздейтін параллельді қозғалыс дамып жатыр. Ядролық реакторлардың келесі буыны – IV буын реакторлары – саланың назарында және алты негізгі реактор отбасына бөлінеді. Олардың әрқайсысы қазіргі стандарттардан айтарлықтай ерекшеленеді және әзірлеу сатысында көптеген нұсқалары бар. Әсіресе, АҚШ-та үш реактор түрі үлкен қызығушылық тудырып отыр: жоғары температуралы газбен салқындатылатын реакторлар, балқытылған тұз реакторлары және натриймен салқындатылатын реакторлар.

Бұл технологиялардың негізінде жатқан идеялар мен кейбір алғашқы кезеңдегі электр станциялары бірнеше онжылдықтардан бері бар. Алайда, осы ескі идеялардың жаңа нұсқалары жаңа отын түрлері мен конструкцияларды қолдана отырып, оларды қауіпсіз, тиімді және экологиялық таза етуді көздейді. «Олар өте жоғары технологиялық шешімдерді қолданады», – дейді Морган. Ол жаңа реакторлардың ескі үлгілерге қарағанда қауіпсіз екеніне күмән келтірмейді.

Жаңа буын реакторлары ядролық қауіпсіздікті күшейтіп қана қоймай, ядролық энергетиканың қоршаған ортаға әсерін азайтып, тиімділігін арттыруға уәде береді.

Тағы оқыңыз: АЭС: Болашақтың қауіпсіз шешімі, әлде қатері?

Қазіргі жұмыс істеп тұрған реакторлардың көпшілігі – бұл суытқыш ретінде суды пайдаланатын урандық жүйелер. Бұл технология тарихи себептермен негізгі орынға ие болды. Барлық реактор түрлері сияқты, олардың да артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Мысалы, олар шамамен 300 градус Цельсийдегі жұмыс температурасына сай су қайнауын болдырмас үшін жоғары қысымды қажет етеді. Бұл реакторлар ядролық бөліну реакциясын бастау үшін отынмен соқтығысатын баяу нейтрондарды қолдануға арналған. Баяу нейтрондар отын бөлшектерімен өзара әрекеттесуге көбірек бейім, бірақ бұл жүйелер тек белгілі бір отын түрлерін ғана пайдалана алады.

Егер бөліну реакциясы бақылаудан шығып, реактор тым қызып кетсе, апат орын алуы мүмкін. Мұндай жағдайда ядро «балқып» кетеді, бұл 1979 жылы Три-Майл-Айлендте, 1986 жылы Чернобыльде және 2011 жылы Фукусимада болды, сол кезде радиация қоршаған ортаға таралған.

Суытқышы су болатын стандартты реактор конструкциялары апаттық істен шығуларға бейім, бұл реактор өзегінің балқуына немесе жарылыстарға әкелуі мүмкін. Чернобыльдегі 1986 жылғы апат – осының бір мысалы. Бірақ жаңа реактор конструкциялары мұндай апаттық қауіптерге азырақ ұшырауы мүмкін деп есептейді олардың жақтаушылары. Жаңа технологиялар қауіпсіздікті күшейтуге және апаттық жағдайлардың ықтималдығын азайтуға бағытталған.

Соңғы суытқыш ретінде суды пайдаланатын реакторлардың үлгілері (кейде III+ буын деп аталады, оның ішінде көптеген шағын модульдік реакторлар – SMR) адам араласуын қажет етпейтін қауіпсіздік жүйелерін қолдану арқылы апаттық жағдайларды автоматты түрде тоқтату үшін жаңа жобалау әдістерін қолданады. Алайда, IV буын реакторлары мүлдем басқа суыту материалдарын пайдаланады, әдетте жоғары температураларда жұмыс істейді және жиі жылдам нейтрондарды қолданады. Бұл нейтрондар табиғи уранның кең таралған изотоптарын пайдалануға жарамды отынға айналдыра алады немесе тіпті ядролық қалдықтармен жұмыс істей алады.

Мысалы, газбен салқындатылатын жоғары температуралы реакторлар 950°C-қа дейінгі температурада жұмыс істейді, бұл оларды суытқышы су болатын реакторларға қарағанда 20-30%-ға тиімдірек етеді. Бұл реакторлардағы негізгі материалдар 1600°C-қа дейінгі температурада тұрақты болады, бұл лавадан да ыстық, сондықтан қосымша қауіпсіздік қоры бар. Ultra Safe компаниясының бейнероликтегі реакторы – осы категорияға жататын SMR. Оның шағын өлшемі пассивті суытуды жақсартады. Ultra Safe өздерінің жанармай түйіршіктерін жасайды, олар жеке материалмен қапталған, бұл компанияның айтуынша, радиациялық материалдарды тіпті төтенше жағдайларда да ұстап тұруға мүмкіндік береді. Компания Канадада алғашқы коммерциялық микрореакторын салуды жоспарлап отыр.

Реакторлардағы балқытылған тұзды қолданатын жүйелерде және сұйық натриймен салқындатылатын реакторларда айтарлықтай жаңа қауіпсіздік әдістері қолданылуда. Балқытылған тұзды реакторларда отын да, суытқыш сұйық күйде болады, сондықтан дәстүрлі апатты жағдайлар, мысалы, өзектің балқуы, бұл жүйелерде мүмкін емес. Ал сұйық натриймен салқындатылатын реакторларда ерекше қауіпсіздік механизмі бар: егер реактор қызса, сұйық натрий кеңейіп, нейтрондардың атомдар арасындағы бос орындар арқылы шығуына мүмкіндік береді. Бұл нейтрондардың саны реакцияны басқаратынын ескерсек, жүйе табиғи түрде бәсеңдейді, бұл реактордың қызып кетуінің алдын алады.

АҚШ-тың Энергетика министрлігі TerraPower компаниясын (негізгі инвесторы Билл Гейтс) сұйық натриймен салқындатылатын реактордың демонстрациялық зауытын салу үшін қаржыландырып отыр. Бұл зауытты 2030 жылға қарай Вайомингте іске қосу жоспарлануда. TerraPower-дың бұл жобасы жаңа буын реакторларының қауіпсіздік деңгейін арттырып, ядролық энергетиканың болашағын қауіпсіз әрі тиімді етуге бағытталған.