Не в корму конь: нельзя проектировать новую малую ядерную энергетику - как

alex_rozoff — 23.08.2021 Еще в 2000-х один человек, работавший в ядерной энергетике практически со времен ее появления, посмотрел на проекты мини-АЭС Тошиба и Гиперион, и объявил: "не в корму конь". Почему он инвертировал традиционное "не в коня корм" - осталось тайной, но пояснения стали пророческими сейчас, когда идея мини-АЭС вынужденно востребована.

04.08.2021 Будущее атомных мини-реакторов под вопросом — всё упирается в цены.
Практика последних лет показывает, что только на ветряной и солнечной энергии ни жизнь, ни экономику построить нельзя. В то же время строительство крупных атомных электростанций наталкивается на целый ворох проблем. Сегодня полномасштабную АЭС может потянуть только организованный госсектор, как это происходит в Китае или в России. А развитые страны утратили, или сами ликвидировали возможность реализации проектов такого масштаба. Новый курс — это малые модульные реакторы, которые почти полностью собирались бы на заводе и доставлялись бы клиенту как «батарейки» — полностью готовые для эксплуатации на месте источники электричества и тепла.
Министерство энергетики США утвердило план финансирования разработок малых модульных атомных реакторов (ММР). В течение следующих семи лет в проекты ММР бюджет США вольёт $3,2 млрд, чтобы к 2030 году у коммунальных служб были надёжные источники безопасной и декарбонизированной электроэнергии. В то же время ни один из десятков проектов малых модульных атомных реакторов от небольших стартапов до авторитетных компаний, таких, как спонсируемая Биллом Гейтсом TerraPower, не показали уверенный прогресс и всё ещё далеки даже от опытной реализации ММР.По мнению скептиков, постройка и эксплуатация малых атомных реакторов будет довольно дорогим мероприятием, которое в конечном итоге окажется ничуть не дешевле в вопросе себестоимости, чем создание и эксплуатация больших АЭС.
https://3dnews.ru/1045931/budushchee-atomnih-minireaktorov-pod-voprosom-vsyo-upiraetsya-v-tseni
Что они делают не так? Вкратце: они начинают не с того края. А подробнее:

...Они пытаются масштабировать классические большие гигаваттные АЭС со всеми их неустраненными историческими багами и небезупречными новомодными наслоениями - вниз до декамегаваттных уровней. При этом никто не берет на себя смелость вообще отойти от технологических и компоновочных решений, ставших отраслевой традицией, догмой, непререкаемым стандартом, приколоченным бюрократическими гвоздями намертво. При проектировании мини-АЭС эти решения меняются только если они физически не лезут в габариты. Получается технико-экономический нонсенс - как если бы двигательную установку от 150-метрового эсминца массой масштабировали вниз для 15-метровой моторной яхты.

Между тем, из общих инженерных соображений следует, что декамегаваттные мини-АЭС надо проектировать "с чистого листа", возможно - начиная с прототипов мощностью порядка сотен КВт. Это будет значить отказ от сложных турбогенераторных схем с циклами подготовки теплоносителя в начале и рекуперации тепла в конце. В мини-АЭС такая схема не окупит себя. Возможно, вообще следует использовать не турбины а машины Стирлинга (как сделано для электростанций с солнечными концентраторами).
Из технико-экономических соображений следует, что мини-АЭС не должны требовать дорогого ядерного топлива. Процесс обогащения урана, или наработки плутония, или переработки ОЯТ, с дальнейшим изготовлением "таблеток" для ТВЭЛов не годится для малой ядерной энергетики. Такая энергетика должна быть всеядной (т.е. работать на топливе из необогащенных и минимально-очищенных актиноидов).
Отсюда, в свою очередь, следует схемное решение, практически известное с 1960-х: гомогенная (жидкая) активная зона, например из расплава солей урана, но, быть может, из расплава или водного раствора солей любых актиноидов.
Дополнительное физико-технологическое решение (исключающее крайне дорогую фазу обогащения топлива) - это субкритичность реактора, т.е. его функционирование в условиях "подкачки" дополнительного потока нейтронов от внешнего источника. Эта технология была достаточно давно предложена д-ром Карлом Руббиа, и сейчас о ней активно вспомнили ради преодоления "лоусоновского кризиса" в физико-футуристических исследованиях термоядерной энергетики.

"Лоусоновский кризис" достоин отдельного эссе, здесь же лишь отметим: и токамак, и стелларатор, на сегодняшний день показали свою неспособность к достижению термоядерного синтеза с практически-положительным выходом энергии. Но прогресс в этой области безусловно есть. Можно упомянуть токамак Глобус М2 (он же - тыквоид или pumkinoid) с рабочей камерой объемом 1.1 кубометра

Такие установки (как отмечено выше) не могут сами давать практически-положительный выход энергии, но могут служить "постоянной зажигалкой" - источником быстрых частиц для реализации субкритического процесса в необогащенном "грязном" ядерном топливе.
Впрочем, на роль зажигалки годятся разные устройства, включая мини-циклотрон (по исходному предложению д-ра Руббиа), фюзор Фарнсуорта-Хирша, поливелл Бассарда-Лаврентьева, и современные компактные установки на фемтосекундных лазерах.

Так или иначе, проектные стандарты для практически востребованных мини-АЭС придется создавать почти с нуля. Впрочем, это будет даже полезно для оживления интеллекта в НИОКР - а то эта сфера деятельности слишком давно не испытывала встрясок.

Кстати, по прогнозу МАГАТЭ 1961 года, к 2000 году суммарная мощность АЭС в мире должна была бы достигнуть уровня 4 - 7 ТВт, и соответственно, годовой генерации электроэнергии 35000 - 61000 ТВт*ч
В 2019-м ВСЯ годовой генерации электроэнергии в мире составляет лишь 27000 ТВт*ч
Пора бы вернуться на линию ядерного роста и выходить из энергетической нищеты.

...Такие дела...

------------------------------
Первые проекты мини-АЭС
https://ru.wikipedia.org/wiki/Toshiba_4S
https://ru.wikipedia.org/wiki/Hyperion_Power_Module
Машины Стирлинга для электростанций с солнечными концентраторами
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar-powered_Stirling_engine
История жидкосолевых ядерных реакторов декамегаваттного класса
https://strana-rosatom.ru/2020/05/12/zhidkosolevoj-reaktor-v-razreze/
Гибридный ядерный реактор на тории
https://www.kommersant.ru/doc/4102474
Модернизированный токамак Глобус-М2
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/aa69e0/meta
https://inp.nsk.su/press/novosti/1474-modernizirovannyj-tokamak-globus-m2-zarabotaet-v-2018-godu
https://globus.rinno.ru/pages/sfericheskij_tokamak_globus-m-9.html
Статьи вокруг той же темы в этом журнале:
Тезисы трансмутационной энергетики (ТМЭ): неоалхимия бытовой атомной котельной будущего
https://alex-rozoff.livejournal.com/358663.html
Проблема автономности колоний. Маленькое двуликое термоядерное солнышко.
https://alex-rozoff.livejournal.com/71147.html
Неизбежный атомпанк на кухонном столе.
https://alex-rozoff.livejournal.com/68978.html
70-летний токамак, как грааль чистой энергетики или как морковка перед носом ослов-инвесторов?
https://alex-rozoff.livejournal.com/404847.html
Атомный оффшор в мире нефтяного барреля и водяного кубометра.
https://alex-rozoff.livejournal.com/120353.html