Торий как замена урана: новый вид ядерного топлива продемонстрировал рекордные результаты в тестах

Компания Clean Core Thorium Energy (CCTE) отчиталась об успешном завершении двухлетней программы тестирования новейшего ядерного топлива ANEEL. Этот продукт базируется на композиции тория и высокопробного низкообогащенного урана (HALEU). Согласно полученным данным, эффективность выгорания топлива оказалась в восемь с лишним раз выше, чем у традиционных аналогов, применяемых в реакторах на тяжелой воде.

Исследовательские работы проводились на базе реактора Advanced Test Reactor, расположенного в Национальной лаборатории Айдахо (INL). Успех проекта знаменует значимый шаг в развитии более продуктивной и экологичной атомной энергетики, что крайне актуально для перспективных компактных реакторных установок, активно проектируемых в США и ряде других стран.

Аббревиатура ANEEL (Advanced Nuclear Energy for Enriched Life) скрывает в себе технологию интеграции тория с топливом типа HALEU. Под данным термином понимается уран с концентрацией изотопа U-235 в диапазоне от 5% до 20%, что превышает показатели стандартного гражданского топлива, но существенно ниже уровня, необходимого для создания вооружений.

В современной коммерческой энергетике доминируют реакторы, работающие на уране с обогащением до 5%. В то же время системы на тяжелой воде зачастую используют практически необработанное топливо, где доля U-235 составляет лишь 0,72%. В связи с этим ANEEL рассматривается как оптимальное решение для радикального повышения КПД текущих мощностей без необходимости капитальной реконструкции энергетической инфраструктуры.

В ходе эксперимента в активную зону реактора было помещено 12 опытных тепловыделяющих элементов. Перед исследователями стояла задача проверить способность нового состава достичь показателей выгорания в 20, 40 и 60 ГВт·сут/т — ключевой метрики энергоотдачи топлива.

Итоговые показатели превзошли прогнозы специалистов. Восемь образцов справились с первыми двумя этапами еще в прошлом году, а оставшаяся группа недавно преодолела порог в 60 ГВт·сут/т. Примечательно, что нагрузка в испытательном реакторе превышала штатные условия эксплуатации обычных коммерческих установок, что подтверждает исключительную надежность разработки.

По оценкам инженеров, тандем тория и HALEU сулит комплекс преимуществ: рост энергоэффективности, усиление безопасности энергоблоков, снижение рисков распространения чувствительных ядерных материалов и уменьшение объемов долгоживущих радиоактивных отходов.

Руководитель CCTE Мехул Шах подчеркнул, что приоритетной задачей проекта была бесшовная интеграция тория в уже существующие топливные циклы, исключающая потребность в масштабной перестройке атомных электростанций.

В настоящий момент извлеченные стержни проходят комплексный послереакторный анализ в лабораториях INL. По завершении исследований компания планирует инициировать демонстрационную эксплуатацию топлива ANEEL на действующих коммерческих АЭС.

Растущий интерес к HALEU и альтернативному топливу обусловлен развитием сегмента малых модульных реакторов, которым требуется повышенная энергоемкость и эффективность. Таким образом, достижения CCTE могут оказать влияние на будущее атомной индустрии далеко за пределами сектора тяжеловодных реакторов.

Источник: iXBT