Самый совершенный ядерный реактор Индии достиг стадии самоподдержания, что знаменует собой крупный скачок для программы атомной энергетики страны и приближает ее на шаг к сокращению зависимости от урана.
Прототип быстрого реактора-размножителя (PBFR) в Калпаккаме в южно-индийском штате Тамил Наду достиг критического состояния – стадии, на которой ядерная цепная реакция может продолжаться сама по себе – в понедельник. Как только реактор заработает на полную мощность, Индия станет второй страной после России, имеющей коммерческий реактор на быстрых нейтронах.
Премьер-министр Индии Нарендра Моди назвал это моментом гордости для Индии и определяющим шагом в продвижении ядерной программы страны.
Этот усовершенствованный реактор, способный производить больше топлива, чем потребляет, отражает глубину наших научных возможностей и силу нашего инженерного предприятия. Это решающий шаг к использованию наших огромных запасов тория на третьем этапе программы, — сказал он в сообщении на X в понедельник.
Так что же такое быстрый реактор-размножитель и почему это последнее достижение имеет значение – для Индии и всего мира?
Вот что мы знаем:
Что такое быстрый реактор-размножитель в Индии?
Быстрый реактор-размножитель — это усовершенствованный ядерный реактор, который производит больше делящегося материала — топлива, которое можно использовать для ядерных реакций деления, — чем потребляет.
Индийский быстрый реактор-размножитель был спроектирован и разработан Центром атомных исследований Индиры Ганди (IGCAR), ключевым научно-исследовательским институтом при Министерстве атомной энергии страны. Его электрическая мощность составляет 500 мегаватт (МВт).
Ядерные реакторы, которые используют Индия и большинство других стран, известны как тяжеловодные реакторы под давлением. Они используют уран в качестве топлива и производят плутоний в качестве отходов.
Но быстрый реактор-размножитель может затем использовать выброшенный плутоний в качестве топлива для запуска самоподдерживающейся ядерной реакции. Реакторы на быстрых нейтронах также используют уран в качестве топлива, но его требуется меньше, поскольку они также могут потреблять плутоний. Таким образом, реактору Калпаккам потребуется меньше урана для выработки электроэнергии, чем реакторам на тяжелой воде.
Именно поэтому его называют вторым этапом ядерной программы Индии.
В понедельник правительство Индии заявило, что реактор спроектирован таким образом, чтобы Индия могла извлекать больше энергии из своих ограниченных запасов урана, одновременно прокладывая путь для крупномасштабного развертывания реакторов на основе тория.
В отчете офиса Моди за март 2024 года говорится, что индийская PFBR первоначально будет использовать смешанное оксидное топливо урана и плутония (MOX). Одеяло из урана-238, окружающее топливную зону, подвергнется ядерной трансмутации для производства большего количества топлива, за что и получит название Размножитель.
Уран-238 относится к наиболее распространенной природной форме урана, которая сама по себе слабо радиоактивна, но может захватывать нейтроны и превращаться в плутоний.
Поскольку он использует отработанное топливо первой ступени, [] FBR [быстрый реактор-размножитель] также предлагает большое преимущество с точки зрения значительного сокращения образующихся ядерных отходов, что позволяет избежать необходимости в крупных геологических объектах захоронения, — добавлено в отчете.
Как работает быстрый реактор-размножитель?
Пол Норман, профессор ядерной физики и ядерной энергетики в Университете Бирмингема, рассказал телеканалу Аль-Джазира, что – как сообщила в своем отчете канцелярия премьер-министра Индии – быстрые реакторы-размножители используют как плутоний, так и уран. Уран также преобразуется в плутоний.
Одним из преимуществ этого типа системы является то, что она может значительно увеличить запасы ядерного топлива, теоретически используя весь уран [путем конверсии плутония], а не только небольшую его часть, — сказал он.
Эту технологию также можно адаптировать к ториевым системам, и предполагается, что в Земле будет больше тория, чем урана, что обеспечит дальнейшее огромное увеличение количества ядерного топлива, — объяснил он.
Мировые запасы тория в четыре раза превышают запасы урана.
А в Индии это уравнение еще более запутано: в стране находится около 1–2 процентов мировых запасов урана, но имеется более 25 процентов мирового запаса тория.
Как огромные запасы тория помогают Индии?
Строительство ПФБР официально началось в 2004 году после многочисленных задержек. Но ее важность была подчеркнута учеными страны гораздо раньше.
В октябрьском 1996 года отчете, написанном индийскими учеными Шиврамом Бабурао Бходже и Перумалом Челлапанди для Международного агентства по атомной энергии, говорится, что программа быстрого реактора важна для Индии из-за растущего и постоянного спроса страны на электроэнергию.
Индия является третьим по величине энергопотребителем в мире после Китая и США. Ожидается, что, учитывая самую большую численность населения в мире и быстрорастущую экономику, потребление энергии в Индии будет только расти.
Как показала война с Ираном и ее влияние на мировые цены на энергоносители, продолжающаяся подавляющая зависимость от ископаемого топлива представляет риск для таких экономик, как индийская.
На данный момент ядерная энергетика составляет лишь 3 процента энергетического баланса страны, но Индия хочет резко увеличить эту цифру: с 8180 МВт в 2024 году до 100 ГВт к 2047 году.
Вот тут-то и вписываются трехэтапная ядерная программа и торий.
На втором этапе быстрый Реакторы-размножители используют уран и плутониевые отходы тяжеловодных реакторов для выработки электроэнергии. Они также производят больше плутония и более легкий изотоп урана, называемый ураном-233, который представляет собой готовый делящийся материал, который можно использовать в качестве топлива в реакторах третьей ступени.
Эти реакторы третьей ступени, когда они будут спроектированы, будут на основе тория. Их будут кормить торием, которого в Индии имеется в изобилии, и ураном-233. Отходы, которые будут производить эти реакторы: также уран-233, который можно будет использовать обратно в качестве топлива для реакторов.
Как только Индия завершит трехэтапный процесс, она, по сути, сможет значительно сократить свою потребность в уране, встречающемся в природе, и вместо этого использовать торий для большей части своих потребностей в ядерной энергии.
Почему это важно для остального мира?
Другие страны – в том числе США, Франция, Великобритания, Япония, Китай и Россия – работали над технологией быстрого реактора-размножителя.
Но до сих пор только у России есть коммерческий быстрый реактор-размножитель.
Норман сказал, что проблемы с реакторными материалами, переработкой и экономикой всего процесса часто также останавливают крупномасштабное развертывание таких систем.
Если Индия сможет превратить успех своего прототипа реактора в коммерческую модель производства ядерной энергии, это может вдохновить другие страны последовать этому примеру.
Однако Коруш Ширван, профессор кафедры ядерной науки и техники Массачусетского технологического института, предостерегает от переоценивания достижений Индии.
Он отметил, что Индии потребовалось более 20 лет с момента начала строительства реактора, чтобы достичь этого рубежа.
Недавно Китай также построил чуть более крупный плутониевый быстрый реактор-размножитель всего за шесть лет, — сказал он.
