2022 թվականի դեկտեմբերին Ն.Ա. Դոլլեժալի անվան գիտահետազոտական ​​և կոնստրուկտորային ինստիտուտը («ՆԻԿԻԷՏ», Ռոսատոմի մաս) մշակել է վառելիքային աղի շրջանարվող ձուլվածքով հետազոտական ռեակտորով ռեակտորային կայանքի (ՀՀԱՌ) էսքիզային նածագիծ։  Հեղինակները նախագծի հիմնական խնդիրն են համարում տեխնոլոգիաների մշակումը մինորային ակտինիդների լայնածավալ հեղուկ-աղային ռեակտոր-այրիչի համար:

Նշանակությունը և աշխատանքի սկզբունքը

Հեղուկ-աղային ռեակտոր՝ միջուկային ռեակտոր է, որտեղ վառելիքը լուծվում է մետաղական ֆտորիդների աղի միջավայրում (ջերմակրիչ), իսկ աղն ու վառելիքը համատեղ ձևավորում են հոմոգեն ակտիվ գոտի:

Հեղուկ-աղային ռեակտորներն ունեն մի քանի գրավիչ առանձնահատկություններ։ Նախ, ի տարբերություն հետերոգեն միջուկային ռեակտորների, նրանք չեն պահանջում վառելիքի ձողեր և վառելիքի հավաքներ:

Երկրորդը՝ ՀԱՌ-ն ունի անվտանգության բարձր մակարդակ, որը հիմնված է բացասական հետադարձ կապերի ինչպես ջերմաստիճանի, այնպես էլ տրոհվող միջավայրի խտության վրա: Եվ քանի որ դրանում ջերմաստիճանի և դատարկության գործակիցները բացասական են, ապա լուրջ վթարները բացառվում են։ Վառելիքի շղթայում ճնշումը, որն ապահովում է աղի միջավայրի մղումը շղթայի երկայնքով, փոքր է: Հետևաբար, կուտակված էներգիայի քանակությունը, որը կարող է դուրս գալ օղակից այն կողմ, դրա ամբողջականության կորստի դեպքում նվազագույնի է հասցվում: Իսկ շղթայում ջերմաստիճանի չթույլատրված բարձրացման դեպքում մինչև վտանգավոր մակարդակի, միանում է արտազատող փականը, որի պասիվ գործողությունը հիմնված է բնական ֆիզիկական օրենքների վրա։

ՀԱՌի հիմնական նշանակությունը՝ ջերմային նեյտրոններով էներգետիկ ռեակտորների աշխատած միջուկային վառելիքում կուտակվող մինորային ակտինիդների շարունակական տրանսմուտացիայի (կամ «հետայրման») տեխնոլոգիան կազմակերպելու ունակությունն է։ Այս հնարավորության շնորհիվ Ռուսաստանում ՀԱՌ-ի նկատմամբ հետաքրքրությունը վերադարձավ երկար ընդմիջումից հետո (ՀԱՌ-ի ռուսաստանյան մշակումները դադարեցվել են 1990-ականների սկզբին): Այժմ ՀԱՌ-ը դիտարկվում է որպես փակ միջուկային վառելիքային ցիկլի մի մաս և կարևոր տեխնոլոգիական տարր՝ օգտագործված միջուկային վառելիքի (ՕՄՎ) վերամշակման և ոչնչացման մեջ։

Ենթադրվում է, որ ՀՀԱՌ-ը կկառուցվի Կրասնոյարսկի երկրամասի Լեռնաքիմիական կոմբինատի (ԼՔԿ, Ռոսատոմի մաս) տարածքում։ Ընտրությունը պատահական չէ՝ ԼՔԿ-ն մասնագիտանում է ՕՄՎ-ի կառավարման և շահագործումից հանելու վերջին փուլում:

ՀՀԱՌ ռեակտորային կայանքի (ՌԿ) ստեղծման նախագծի ժամանակագրությունը

ՀՀԱՌ-ի կոնստրուկտորային ուսումնասիրությունները և հաշվարկային գնահատումները սկսվել են 2019 թվականի վերջին: Այժմ հաստատվել է գիտահետոզոտական և փորձակոնստրուկտորային աշխատանքների (ԳՀՓԿԱ) ծրագիրը: Այս ծրագրի շրջանակներում արդեն սկսվել են կառուցվածքային նյութերի, ռեակտորային կայանքի, ՕՄՎ վերամշակման մոդուլի և այլ սարքավորումների, ինչպես նաև վառելիքային և լվացման աղերի պատրաստման և այլ տեխնոլոգիաների հիմնավորումները։ «Արդեն ստեղծվում են բարձր ջերմաստիճանի եզակի ստենդեր՝ առանձին ագրեգատների տեխնիկական լուծումները փորձարկելու և այս նորարարական ռեակտորային կայանքի ծրագրային ծածկագրերը հաստատելու համար», — ասել է ՆԻԿԻԷՏ-ի հետազոտական ​​և իզոտոպային ռեակտորների գլխավոր նախագծող Իգոր Տրետյակովը:

Էսքիզային նախագծի շրջանակներում կոնստրուկտորները մշակել են ռեակտորային կայանքի և դրանում ներառված սարքավորումների հիմնական տեխնիկական, կոնստրուկտիվ, սխեմատիկ լուծումները: Առջևում դեռ շատ աշխատանք կա՝ ներդրումների հիմնավորումը, ռեակտորային կայանքի և վերամշակման մոդուլի տեխնիկական նախագծման մշակում, գիտահետազոտական ​​և մշակման ծրագրի իրականացում և, վերջապես, նախագծային փաստաթղթերի մշակում և լիցենզավորում։ Ենթադրվում է, որ այս տարի Լեռնաքիմիական կոմբինատը պետք է տեղակայման լիցենզիա ստանա։ «Սա նշանակում է, որ հիմնավորող ԳՀՓՔԱ զգալի մասը մենք պետք է իրականացնենք մինչև 2024 թվականը», — պարզաբանել է Իգոր Տրետյակովը։ Ծրագրի համաձայն՝ մինչև 2027 թվականը անհրաժեշտ կլինի շինարարության համար լիցենզիա ստանալ և այն ավարտել մինչև 2031 թվականը։

ՀՀԱՌ-ի առանձնահատկությունները

ՀՀԱՌ-ի ջերմային հզորությունը 10 ՄՎտ է։ Հիմնական կառուցվածքային նյութը 80% նիկելից բաղկացած համաձուլվածքն է։ Դրանից նախատեսվում է արտադրել վառելիքային (ավելի ծանոթ տերմինաբանությամբ՝ առաջին) կոնտուրը՝ ներառյալ իրանը, խողովակաշարերը և ջերմատեխնիկական սարքավորումները։ «Գիտնականներն ուսումնասիրել են այս նյութի հետ վառելիքային աղի փոխազդեցության կոռոզիոն հատկությունները, ուստի առայժմ ընտրել ենք այն՝ տեխնիկական նախագծի իրականացման ժամկետները շատ սեղմ են, մենք պետք է գնանք ամենապարզ ճանապարհով: Սակայն շատ հնարավոր է, որ հետազոտության արդյունքների հիման վրա մենք դիտարկենք այլ նյութեր և այլ աղեր»,- ասաց Իգոր Տրետյակովը։

Ենթադրվում է, որ հեղուկ աղի բաղադրության մոտավորապես 10%-ը կհեռացվի վառելիքային շղթայից որոշակի պարբերականությամբ, և փոխարենը կմատակարարվի թարմ վառելիքային ձուլվածք: Սկզբունքորեն, կարիք չկա անջատել ռեակտորը վերաբեռնման համար, բայց դա հաշվողական, վերլուծական և փորձարարական հիմնավորման առարկա է։

Ենթադրաբար, ռեակտորը կկառուցվի ԼՔԿ-ի նախալեռներում։ Ժայռային զանգվածը լրացուցիչ մեկուսացում է արտաքին միջավայրից։ Բացի այդ, վառելիքի կոնտուրը և որոշ այլ սարքավորումներ կտեղադրվեն հերմետիկ պարկուճում, որն անվտանգության խոչընդոտ է։

Անձնակազմին պաշտպանելու նպատակով ՀՀԱՌ ՌԿ սպասարկման աշխատանքների մեծ մասը նախատեսվում է իրականացնել ռոբոտացված մեխանիզմների միջոցով, որոնք նույնպես մշակման փուլում են։

Մի քանի խոսք վառելիքի մասին

ՀՀԱՌ-ի համար վառելիքը և դրա վերամշակման մեթոդները մշակվում են Վ. Բոչվարի անվան ոչօրգանական նյութերի բարձր տեխնոլոգիական գիտահետազոտական ​​ինստիտուտի կողմից՝ (ՈՆԲՏԳՀԻ, Ռոսատոմի մաս): ՀՀԱՌ-ում վառելիքը լինելու է մի քանի մետաղների ֆտորիդների ձուլվածք: Որպես տրոհվող նյութ ձուլվածքում  կներդրվեն փոխակերպման ենթակա մինորային ակտինիդների ֆտորիդներ, և ակնհայտորեն, աշխատանքի սկզբնական փուլում՝ պլուտոնիում։

Խնդիրներից մեկը, որի վրա աշխատում է ՈՆԲՏԳՀԻ-ը, մինորային ակտինիդների ֆտորիդների ստացումն է: «Ֆտորիդների սինթեզն առանձնապես դժվար չէ, մեթոդները վաղուց հայտնի են։ Բայց այս միացությունները որպես ՀՀԱՌ-ի վառելիք օգտագործելու համար անհրաժեշտ է, որպեսզի դրանք համապատասխանեն խիստ տեխնիկական պահանջներին, առաջին հերթին թթվածնի պարունակության առումով», — «Страна Росатома» թերթին տված հարցազրույցում ասել է ՈՆԲՏԳՀԻ-ի գլխավոր гитакан аэшатакиц Ալեքսեյ Անանևը:

Որպես վառելիքային կոմպոզիցայի հիմք ՈՆԲՏԳՀԻ-ը նախատեսում է օգտագործել լիթիումի և բերիլիումի ֆտորիդները: Նրանք ավելի քիչ ակտիվ են կառուցվածքային նյութերի նկատմամբ, քան նատրիումի, լիթիումի և կալիումի ֆտորիդները (FLiNaK): Պահանջվող որակի աղերի ստացումը՝ ՈՆԲՏԳՀԻ-ի երկրորդ խնդիրն է:

Երրորդ խնդիրը՝ տրիտումից ազատվելն է, որը գոյանում է լիթիումից ճառագայթման ժամանակ։ ՈՆԲՏԳՀԻ-ն արդեն ընտրել է սորբենտներ տրիտիումի տարանջատման համար և մշակել է գազի մաքրման համակարգի սխեման, փորձարկումները շարունակվում են։ Միաժամանակ, կոնստրուկտորները մշակում են վառելիքի պատրաստման և մշակման մոդուլների և գազի մաքրման համակարգերի տեխնոլոգիական սարքավորում:

Ընդհանուր առմամբ, ՀՀԱՌ վերամշակման մոդուլով ռեակտորային կայանքի ստեղծման նախագծի վրա աշխատանքը զարգանում է, թեև ոչ առանց յուրաքանչյուր նոր տեխնոլոգիային բնորոշ դժվարությունների, սակայն նպատակասլած: ՀՀԱՌ իրականացվող փորձերը կլինեն առաջին քայլը միջուկային վառելիքի փակ ցիկլի կարևոր փուլերից մեկի յուրացման ուղղությամբ՝ կուտակված օգտագործված միջուկային վառելիքից մինորային ակտինիդների հետայրման ուղղությամբ: