Рецепт «ядерного торта»: в INL разработали топливо для первопроходного реактора на жидкой соли

Учёные из Национальной лаборатории Айдахо (INL) объявили, что после пятилетнего периода исследований им удалось разработать наилучшую формулу топлива для первого в мире экспериментального реактора на быстрых нейтронах с расплавом хлоридов.

Речь идёт о проекте Molten Chloride Reactor Experiment (MCRE), который послужит тестовой базой для передового ядерного реактора, где смесь расплавленного хлорида и урана функционирует одновременно как топливо и как теплоноситель. Этот эксперимент призван проанализировать безопасность и физические характеристики устройства, прототип которого планируют реализовать компании Southern Company и TerraPower.

Реакторы с расплавленными солями считаются перспективными энергетическими установками для промышленности и городов, поскольку они способны работать при высоких температурах (что способствует увеличению КПД), генерируют меньше отходов и предоставляют повышенный уровень безопасности благодаря своей жидкой топливной форме. Основной компонент этого «энергетического коктейля» — уран, подлежащий трансформации в соединение, растворимое в расплавленной хлоридной среде.

Одним из главных вызовов стала эффективность процесса: нам необходимо было преобразовать свыше 90% металлического урана в топливную соль. Никто ранее не производил подобные количества хлорида урана,

— пояснил Билл Филлипс, технический руководитель проекта MCRE.

Разработка началась в 2020 году и велась в здании Fuels and Applied Science Building, части комплекса Materials and Fuels Complex INL. Научная команда с нуля создала всё необходимое оборудование, включая специализированные печи и системы безопасности.

«Вначале мы теряли значительную часть урана, — признался Ник Смит, директор проекта MCRE. — Без оптимизации процесса мы бы не смогли достичь критичности. Это заняло годы проб и ошибок, чтобы добиться идеальной формулы». Участники даже использовали кулинарные метафоры для иллюстрации этапов: «ангельский пирог», «суп из камней» или методы заваривания кофе во френч-прессе.

Ключевым шагом стало применение обеднённого урана для экспериментов, что позволило снизить затраты без ущерба качества. «Когда я пришёл в команду, мы производили 2-3 унции (57-85 г) топлива за раз, — поделился Джейкоб Йинглинг, исследователь проекта. — В настоящее время мы выпускаем партии, превышающие весом 12 фунтов (5,4 кг)».

Новая система Molten Salt Flow Loop Test Bed обеспечивает непрерывный контроль над параметрами расплава, способствуя ускорению исследований.

В настоящий момент проект вступает в решающую стадию. «У нас всё есть: ингредиенты и точные параметры «выпечки», — отметил Филлипс. До октября 2025 года планируется производство пяти партий обогащённого топлива для MCRE. Сам реактор должен быть введён в эксплуатацию к 2028 году в рамках площадки LOTUS (Laboratory for Operation and Testing in the United States).

«Хлоридные реакторы открывают возможности, которые недоступны другим технологиям, — подчеркнул Йинглинг. — Каждый участник MCRE убеждён, что это изменит мир». Разработка топливной соли стала значимым прорывом и шагом к созданию энергетических систем, способных обеспечивать мир чистой и эффективной энергией на многие десятилетия вперёд.

Источник: iXBT