Китай опережает Америку в гонке по развитию ядерной энергетики

В Китае впервые внедрили реактор нового поколения.

В прошлом году инженеры китайской атомной электростанции Шидаовань отключили насосы, перекачивающие теплоноситель вокруг активной зоны реактора. Затем они стали ждать. На обычной электростанции это было бы опасно. При протекании ядерных реакций выделяется много тепла, которое обычно поглощается теплоносителем и затем преобразуется в электричество. Когда насосы отключены, ядерное топливо может продолжать нагреваться, пока не расплавится и не повредит реактор. Такие «расплавы» могут привести к выбросу радиации. Именно это произошло в 2011 году на японской АЭС Фукусима-1 после того, как цунами повредило системы охлаждения.

Но на АЭС Шидаовань такой катастрофы не произошло. Сначала реактор действительно нагрелся. Затем он остыл, не причинив никакого вреда, - говорится в статье инженеров станции, опубликованной в июле. Это произошло благодаря продуманной конструкции станции. Обычные реакторы работают на длинных топливных стержнях, содержащих уран. В реакторе Шидаовань топливо представлено в виде крошечных частиц урана, покрытых углеродом и другими химическими веществами и помещенных в сферу размером с теннисный мяч. Эти частицы известны как «галька». Они могут выдерживать очень высокие температуры, не плавясь.

Шидаовань - пример реактора «четвертого поколения». Ученые надеются, что эти модели смогут вырабатывать энергию более безопасно и эффективно, чем старые. Многие страны пытаются их разработать. Но только в Китае один из них работает в промышленных масштабах (Шидаовань был подключен к сети в декабре). И этим испытанием китайские инженеры показали, что теоретическое преимущество реакторов четвертого поколения работает на практике. По словам Якопо Буонджорно из Массачусетского технологического института, это демонстрация того, что Китай «имеет исключительные возможности в области ядерной энергетики».

Китай подключил свой первый гражданский реактор к электросети в 1991 году, спустя три десятилетия после того, как это сделала Америка. Однако, по данным вашингтонского аналитического центра Information Technology & Innovation Foundation, Китай опережает Америку на 10-15 лет в развертывании ядерных технологий четвертого поколения. Китай также строит обычные реакторы гораздо быстрее. Из примерно 60 станций, строящихся по всему миру, 45% находятся в Китае.

Когда речь заходит о реакторах четвертого поколения, существует полдюжины вариантов конструкции. Китайские инженеры пытаются построить станции на основе всех из них, но они еще не изобрели ни одной такой конструкции. Например, Шидаовань основан на экспериментальной немецкой модели. Китай умеет воплощать подобные проекты в жизнь. Его «секретным ингредиентом» является способность «создавать прототипы, тестировать и модифицировать их до тех пор, пока они не выжмут из них каждую каплю эффективности», - говорит Дэвид Фишман из консалтинговой компании Lantau Group. Помогают также щедрое государственное финансирование и налаженные цепочки поставок.

У Китая есть несколько вариантов использования этих заводов. Он надеется уменьшить свою зависимость от импорта нефти и газа, больше полагаясь на атомную энергию. Кроме того, такая энергия чище, чем энергия, получаемая из ископаемого топлива. Китай строит много ветряных турбин и солнечных батарей, но они зависят от погодных условий. Атомная энергия - это более надежный способ удовлетворения базового спроса (минимальный уровень мощности, необходимый для поддержания работы). Поэтому она рассматривается как хорошая замена тысячам угольных электростанций в стране. Китай намерен увеличить долю электроэнергии, производимой на атомных станциях, с примерно 5 % сегодня до 18 % к 2060 году.

У реакторов четвертого поколения есть и другое преимущество. Некоторые модели работают при более высоких температурах, чем обычные атомные электростанции. Образующееся при этом тепло можно использовать в таких отраслях, как химическое производство, где для промышленных процессов требуются высокие температуры (в настоящее время это тепло обычно вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива). В августе правительство одобрило строительство еще одной модели четвертого поколения, которая будет обеспечивать теплом химический завод в юго-восточной провинции Цзянсу.

Китайские атомные электростанции, как и другие, используют ядерное деление, при котором расщепляется ядро тяжелого элемента. Но китайские ученые мечтают о термоядерном синтезе, который имитирует процесс, питающий Солнце. Термоядерные установки могут производить практически неограниченное количество энергии, создавая при этом гораздо меньше радиоактивных отходов, чем установки деления. И, в отличие от установок деления, они не требуют урана, который Китай вынужден импортировать. Но поддерживать термоядерную реакцию, которая производит больше энергии, чем требуется для ее осуществления, довольно сложно.

По данным официальных лиц в Вашингтоне, Китай тратит на исследования в области термоядерного синтеза в два раза больше средств, чем Америка. Китайские ученые оформляют больше патентов, связанных с термоядерным синтезом, чем ученые любой другой страны. В прошлом году правительство создало компанию China Fusion Energy, целью которой является коммерциализация технологии и налаживание связей между ядерными фирмами и университетами. Тем не менее, не стоит забывать о дозе реализма: ученые потратили десятилетия на то, чтобы заставить термоядерный синтез работать. Пока что придется обходиться реакторами четвертого поколения.