Milžiniška branduolinė elektrinė Kinijoje yra pirmoji pasaulyje, kuri yra visiškai atspari išsilydymui net ir visiškai praradus išorinę energiją. Šis projektas negali būti pritaikytas esamiems kitiems branduoliniams reaktoriams pasaulyje, tačiau gali tapti pavyzdžiu būsimų reaktorių statybai, rašo newscientist.com.
Kaip aušinami branduoliniai reaktoriai?
Kad dabartiniai įprasti branduoliniai reaktoriai galėtų veikti, jiems reikia iš išorės maitinamų aušinimo sistemų. Šių sistemų pobūdis gali skirtis priklausomai nuo reaktoriaus konstrukcijos – daugumoje jų naudojamas vanduo, o kai kuriose – CO2, helis, išlydyti metalai arba išlydytos druskos, tačiau iš esmės visų jų paskirtis yra ta pati: perteklinę šilumą pernešti iš reaktoriaus aktyviosios zonos.
Vandens aušinimo sistemos pasižymi dideliu galios tankiu, o tai reiškia geresnį šiluminį efektyvumą (iš esmės tai darbo našumo ir visos į sistemą patiektos šiluminės energijos santykis), tačiau turi ir trūkumų. Pavyzdžiui, visada yra sprogimo tikimybė, jei reaktorius išsilydo. Taip yra todėl, kad, jei vandens siurbliai netenka galios, reaktoriaus kuro strypų energija gali suskaidyti vandenį į sprogstamąsias vandenilio ir deguonies dujas.
Būtent tokia problema prisidėjo prie 2011 m. Fukušimos atominės elektrinės avarijos, kai dingus elektros energijai kuro strypai, kurie buvo užlieti vandeniu, perkaito ir įvyko sprogimas, rašo iflscience.com.
Dujomis aušinami reaktoriai yra mažiau linkę sprogti nei vandeniu aušinami analogiški reaktoriai, tačiau jų šiluminis efektyvumas taip pat paprastai būna mažesnis.
Tačiau nepriklausomai nuo naudojamos aušinimo sistemos tipo, avarijos atveju reaktorių turi išjungti žmogus, kad būtų išvengta sprogimo. Taip paprastai yra todėl, kad aušinimo sistemos priklauso nuo išorinių energijos šaltinių.
Kuo ypatinga naujojo reaktoriaus konstrukcija?
Nauja reaktoriaus konstrukcija, vadinama žvirgždo sluoksnio reaktoriumi (angl. pebble-bed reactor, PBR), gali padėti išspręsti senesnėms konstrukcijoms būdingas problemas. Šie reaktoriai yra „pasyviai“ saugūs, todėl jie gali patys išsijungti, jei kyla problemų su aušinimo sistema.
Kitaip nei kituose reaktoriuose, kuriuose naudojami didelės energijos tankumo kuro strypai, PBR reaktoriuose naudojami mažesni, mažos energijos tankumo kuro „akmenukai“, kurių yra daugiau. Juos taip pat supa grafitas, kuris naudojamas neutronų aktyvumui šerdyje mažinti. Tai padeda sulėtinti branduolines reakcijas, todėl susidaro mažiau šilumos.
Mažesnis energijos tankis reiškia, kad perteklinė šiluma gali pasiskirstyti tarp akmenukų ir lengviau pasišalinti.
Iki šiol vieninteliai egzistavę tokie PBR reaktoriai buvo prototipai Vokietijoje ir Kinijoje. Tačiau dabar Kinija Šandonge pastatė pilno mastelio dujomis aušinamo termoreaktoriaus su žvirgždo sluoksniu modulį (HTR-PM), kuris 2023 m. gruodžio mėn. pradėjo veikti komerciniu režimu ir kuriame jau įrengtos šios sistemos.
Siekdami jas išbandyti, inžinieriai išjungė abu HTR-PM modulius tuo metu, kai jie veikė visa galia.
„Siekiant patvirtinti, kad reaktoriai yra saugūs juos naudojant komerciniu mastu, 2023 m. rugpjūčio 13 d. buvo atlikti du natūralaus aušinimo bandymai su reaktoriaus Nr. 1 moduliu, o 2023 m. rugsėjo 1 d. – su reaktoriaus Nr. 2 moduliu“, – rašo tyrėjai. „Viso bandymų metu reaktoriaus moduliai buvo natūraliai aušinami be avarinių aktyviosios zonos aušinimo sistemų ar bet kokios aušinimo sistemos, varomos išorine elektros energija.“
Ką tik paskelbti rezultatai rodo, kad HTR-PM atvėso savaime ir pasiekė stabilią temperatūrą per 35 valandas nuo energijos tiekimo nutraukimo.
Galimybė išbandyti veikiantį branduolinį reaktorių atjungus jo aušinimo energiją yra labai neįprasta. Tai įmanoma tik dėl unikalios HTR-PM sistemos. Nors reikės atlikti papildomus bandymus, kad sistema veiktų tinkamai, tikimasi, kad tai bus pavyzdys kitiems būsimiems reaktoriams.
Tyrimas paskelbtas žurnale „Joule“.