Реактор для пустыни и тундры

25 марта 2002, 00:00

Отдел концептуальных физико-технических исследований Курчатовского института представил новую разработку - микротвэльный автономный расплавно-солевой реактор (МАРС). Реактор будет использован в небольших АЭС, на его основе предполагается создать целый ряд установок с электрической мощностью от одного до 50 МВт.

История создания малых ядерных реакторов с применением расплавов солей не нова. Еще в конце сороковых годов прошлого столетия на проекты создания таких установок положили глаз военные. В 1950 году в США была принята государственная программа исследовательских работ с целью создания высокотемпературного авиационного ядерного двигателя для стратегического бомбардировщика. В Окриджской национальной лаборатории в 1954 году был даже построен его прототип - ARE (Aircraft Reactor Experiment) - небольшой экспериментальный реактор с циркулирующим топливом, в котором смесь фторида урана-235 с солью выступала еще и в качестве теплоносителя.

В СССР разработки с целью создания атомных авиационных и космических двигателей проводило московское КБ "Звезда". Идею установки ядерного движка на самолете в итоге посчитали опасной затеей, и ученые направили свои усилия на разработку мирных энергетических установок. Американцы на базе ARE в конце шестидесятых построили MSRE (Molten Salt Reactor Experiment), в СССР такие работы с начала семидесятых годов велись Курчатовским институтом, где под руководством профессоров Владимира Прусакова и Владимира Новикова был создан проект реактора ВТРС-50. Однако дальнейшие исследования и в Америке, и в СССР посчитали дорогим удовольствием, и до промышленного реактора дело так и не дошло.

Вторая волна интереса к расплавно-солевым реакторам прокатилась в середине девяностых годов, и связана она была, по словам одного из разработчиков МАРСа Татьяны Щепетиной, с попыткой реализации концепции ядерной энергетической установки "естественной безопасности". В таких агрегатах разгон реактора, приводящий к резкому нагреву и взрыву, как в случае с Чернобыльской станцией, невозможен. При аварийных ситуациях разгон будет гаситься, как говорят ядерщики, "за счет обратных связей". Для этого подбираются такие характеристики конфигурации активной зоны (расстояние между топливными элементами, степень их обогащения, состав топлива), которые при возникновении опасности разгона начинают гасить нейтронный поток, провоцирующий неконтролируемую цепную реакцию.

В МАРСе регулятором этого потока становится солевой расплав: при повышении температуры его плотность уменьшается, что и приводит к изменению нейтронных характеристик. К тому же расплавно-солевые теплоносители не взаимодействуют с графитом, являющимся основным конструкционным материалом реактора, даже при очень высоких (до 13000 градусов по Цельсию) температурах, а сам графит, пропитанный этими солями, становится негорючим на воздухе. У МАРСа в отличие от мощных реакторов невысокая энергонапряженность, поэтому циркуляцию теплоносителя из активной зоны к теплообменнику можно организовать без перекачивающих насосов, что невозможно в больших реакторах. Охлажденный расплав с более высокой плотностью просто опускается в корзину активной зоны, а горячий поднимается к теплообменнику. Это еще один фактор безопасности - в отличие от распространенных сейчас реакторов ВВЭР, в МАРСе нет избыточного давления. В качестве же теплоносителя второго контура используется воздух, который разгоняет газотурбинную установку, соединенную с генератором.

МАРС планируют использовать как источник тепловой и электрической энергии в труднодоступных и безводных районах, например, для энергоснабжения в зоне пустыни или тундры. Полностью собранный и заправленный топливом реактор (весит он несколько тонн) доставят потребителю. После установки и пуска он проработает не менее десяти-пятнадцати лет в автоматическом или управляемом режиме.