Tautos visame pasaulyje lenktyniauja diegdamos pažangius reaktorius, kurie užtikrintų švaresnę ir saugesnę branduolinę energiją. Šiuo metu branduolinė energetika pagamina apie 9 proc. pasaulio komercinės elektros energijos. Daugiau kaip 30 valstybių eksploatuoja 440 branduolinių reaktorių, o dar bent 70 reaktorių yra statomi.
Tuo pat metu daugiau kaip 20 šalių iš keturių žemynų 2023 m. Pasauliniame klimato veiksmų aukščiausiojo lygio susitikime COP28 pasirašė deklaraciją, kuria siekiama iki 2050 m. patrigubinti branduolinės energijos gamybą. Šiuo žingsniu pripažįstama branduolinės energetikos svarba siekiant klimato neutralumo.
Avarijų riziką eliminuojantis reaktorius
Tokio masto branduolinės energetikos plėtra iš esmės priklauso nuo aukščiausio lygio reaktorių saugos. Patrigubinti branduolinę galią būtų įmanoma tik tuomet, jei reaktoriai būtų suprojektuoti taip, kad užkirstų kelią reaktoriaus šerdies išsilydymui – rimčiausiai avarijai, kai šerdis perkaista ir pradeda 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, kad jam šerdies išsilydymas negresia.
„Xe-100“ yra modulinis 80 megavatų elektrinės (MWe) galios reaktorius, kurį galima sujungti į keturių modulių bloką ir taip užtikrinti iki 320 MWe 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 keramikinių ir anglies pagrindu pagamintų dangų sluoksniais.
Šie dangos sluoksniai sudaro mikroskopinę apsauginę „kapsulę“ aplink kiekvieną atskirą kuro grūdelį, todėl skilimo produktai sulaikomi net ir esant itin aukštoms temperatūroms. Tai leidžia patikimai sulaikyti radioaktyviąsias dujas ir tokių jėgainių aikšteles planuoti gerokai arčiau pramonės objektų ar miestų teritorijų.
JAV Energetikos departamentas (DOE) aiškina, kad reaktorius 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 talpyklas ir laikomas pačioje aikštelėje, nereikalaujant papildomo tarpinio saugojimo ar aktyvių aušinimo sistemų.
„Xe-100“ veikimo principas
Skirtingai nei įprasti lengvojo vandens reaktoriai, „Xe-100“ aušinimui naudoja helio dujas. Helis yra chemiškai inertus, todėl nereaguoja nei su kuru, nei su konstrukcinėmis medžiagomis. Be to, esant įprastoms 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 bei nestabilumo rizikų, būdingų reaktoriams, kuriuose aušinimui naudojamas vanduo ir garas.
Reaktoriui nereikia elektrinių siurblių ar avarinio vandens tiekimo sistemų, kad būtų išvengta šerdies išsilydymo. Net ir praradus helio aušinimą, šiluma iš šerdies išsklaidoma pasyviai – laidumu, konvekcija ir spinduliavimu, o kuras išlieka mechaniškai bei termiškai stabilus.
„X-energy“ teigimu, kiekvienas „Xe-100“ modulis pagamina apie 80 MW elektros energijos. Dėl aukštos darbinės temperatūros toks reaktorius ypač tinka pramonei, kuri šiandien remiasi iškastiniu kuru: vandenilio gamybai, naftos perdirbimui, chemijos pramonei ir kitiems aukštos temperatūros technologiniams procesams. Taip branduolinė energija galėtų pakeisti dalį šiuo metu iškastiniu kuru varomų procesų ir reikšmingai mažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijas.
