Tautos visame pasaulyje lenktyniauja diegdamos pažangius reaktorius švaresnei ir saugesnei branduolinei energijai užtikrinti.
Šiuo metu branduolinė energija pagamina apie devynis procentus pasaulio komercinės elektros energijos. Daugiau kaip 30 valstybių eksploatuoja 440 branduolinių reaktorių, o dar bent 70 yra statomi.
Tuo pat metu daugiau kaip 20 šalių iš keturių žemynų 2023 m. per Pasaulinį klimato veiksmų aukščiausiojo lygio susitikimą COP28 pasirašė deklaraciją, kuria siekiama iki 2050 m. patrigubinti branduolinės energijos gamybą. Taip jos pripažino branduolinės energetikos svarbą siekiant klimato neutralumo.
Avarijų riziką eliminuojantis reaktorius
Tokio masto branduolinės energetikos plėtra iš esmės priklauso nuo aukščiausio lygio reaktorių saugos. Pritraugubinti branduolinę galią būtų įmanoma tik tuo atveju, jei reaktoriai būtų suprojektuoti taip, kad užkirstų kelią reaktoriaus šerdies išsilydymui – tai yra rimčiausioms avarijoms, kai perkaista šerdis ir ima lydytis kuro strypai.
Siekdama atitikti šiuos saugos reikalavimus, Merilande įsikūrusi bendrovė „X-energy“ kuria ketvirtosios kartos (Gen IV) branduolinį reaktorių „Xe-100“. Tai žvirgždinio tipo, aukštos temperatūros dujomis aušinamas reaktorius (HTGR), apie kurį teigiama, jog jis negali patirti šerdies išsilydymo.
„Xe-100“ – tai 80 megavatų elektrinės (MWe) galios modulio tipo reaktorius, kurį galima jungti į vadinamąjį keturių modulių bloką, užtikrinantį iki 320 MWe galios elektros energijos gamybą. Vietoje tradicinių ilgų kuro strypų, panardintų į vandenį, šio reaktoriaus šerdis užpildyta tūkstančiais grafito rutuliukų, maždaug biliardo kamuoliuko dydžio.
Pasak „X-energy“, kiekvienas rutuliukas (angl. pebble) pripildytas tūkstančių itin smulkių urano kuro dalelių, vadinamų TRISO (tristruktūrinis izotropinis kuras). Kiekviena tokia dalelė sudaryta iš urano branduolio, apgaubto keliais keraminių ir anglies pagrindu pagamintų dangos sluoksniais.
Šios dangos sudaro mikroskopinę apsauginę „kapsulę“ aplink kiekvieną atskirą kuro grūdelį, todėl skilimo produktai sulaikomi net esant itin aukštoms temperatūroms. Tai leidžia reaktoriui patikimai išlaikyti radioaktyviąsias dujas ir statyti tokio tipo jėgaines vos už maždaug 500 metrų nuo gamyklų ar net miestų teritorijų.
JAV Energetikos departamentas (DOE) paaiškina, kad reaktorius yra nuolat papildomas kuru: kasdien į šerdies viršų įberiama naujų rutuliukų, o senesni iš apačios išimami. Vienas rutuliukas šerdyje išbūna kiek daugiau nei trejus metus ir per tą laiką iki šešių kartų cirkuliuoja per šerdį, kol kuras visiškai „sudega“.
Naudotas kuras vėliau iš karto sudedamas į sausas konteinerines talpas ir laikomas pačioje aikštelėje, nereikalaujant papildomo tarpinio saugojimo ar aktyvaus aušinimo sistemų.
„Xe-100“ veikimo principas
Skirtingai nei įprasti lengvojo vandens reaktoriai, „Xe-100“ kaip aušinimo terpę naudoja helio dujas. Helis yra chemiškai inertus, todėl nereaguoja nei su kuru, nei su konstrukcinėmis medžiagomis. Be to, esant normalioms veikimo sąlygoms, jis netampa radioaktyvus.
Helio dujos cirkuliuoja per žvirgždinį kuro sluoksnį, sugeria šilumą ir perduoda ją garo generatoriui, kuriame gaminama elektra. Kadangi helis, priešingai nei vanduo, neverda ir nekeičia agregatinės būsenos, sistema išvengia slėgio svyravimų ir nestabilumo rizikų, būdingų garu aušinamiems reaktoriams.
Reaktoriui nereikia elektrinių siurblių ar avarinio vandens tiekimo sistemų, kad būtų išvengta šerdies išsilydymo. Net ir praradus helio aušintuvą, šiluma iš šerdies išsklaidoma pasyviai – laidumu, konvekcija ir spinduliavimu, o kuras išlieka mechaniškai ir termiškai stabilus.
„X-energy“ teigimu, kiekvienas „Xe-100“ modulis pagamina apie 80 MW elektros energijos. Dėl aukštos darbo temperatūros toks reaktorius ypač tinka pramonei, kuri šiandien remiasi iškastiniu kuru: vandenilio gamybai, naftos perdirbimui, įvairiai chemijos pramonei ir kitiems aukštos temperatūros technologiniams procesams. Taip branduolinė energija galėtų pakeisti dalį šiuo metu iškastiniu kuru varomų procesų, reikšmingai mažindama šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijas.
