2022 жылғы желтоқсанда Н.А. Доллежаль атындағы Ғылыми-зерттеу және конструкторлық институты («НИКИЭТ», Росатом құрамына кіреді) жанармай тұзының айналымдағы балқымасымен зерттеу реакторы бар реактор қондырғысының эскиздік жобасын жасады. Авторлар жобаның негізгі міндеті ретінде толыққанды сұйық тұзды реактор-минорлық актинидтерді өртегіш үшін технологияларды пысықтау деп санайды.
Тағайындалуы және әрекет ету қағидасы
Сұйық тұзды реакторы – бұл ядролық реактор, онда отын металл фторидтерінің тұзды ортасында (жылутасымалдағышта) ериді, ал жалпы тұз бен отын біртекті белсенді аймақты құрайды.
Сұйық тұзды реакторлардың бірнеше тартымды белгілері бар. Біріншіден, олар үшін гетерогенді ядролық реакторлардан айырмашылығы ЖБЭ және отын жинақтары қажет емес.
Екіншіден, СТР-да бөлінетін ортаның температурасы мен тығыздығы бойынша теріс кері байланыстарға негізделген қауіпсіздіктің жоғары деңгейі бар. Ондағы температуралық және бос коэффициенттер теріс болғандықтан, ауыр апаттардың орын алуы екіталай. Тұз ортасын контур бойымен айдауды қамтамасыз ететін отын контурындағы қысым шағын. Сондықтан, оның тұтастығын жоғалтқан жағдайда контурдан тыс шығуға қабілетті сақталған энергия көлемі азайтылады. Ал контурдағы температура қауіпті деңгейге дейін рұқсатсыз өскен жағдайда пассивті әрекеті табиғи физикалық заңдылықтарға негізделген қашыртқы қысымтығыны іске қосылады.
СТР негізгі мақсаты – жылу нейтрондарындағы энергетикалық реакторлардың ПЯО-да жиналатын минорлық актинидтерді үздіксіз трансмутациялау (немесе «жағып бітіру») технологиясын ұйымдастыру мүмкіндігі. Осы мүмкіндіктің арқасында Ресейдегі СТР-ға деген қызығушылық ұзақ үзілістен кейін оралды (СТР ресейлік әзірлемелері 1990 жылдардың басында тоқтаған болатын). Енді СТР тұйық ядролық отын айналымының бөлігі және пайдаланылған ядролық отынды (ПЯО) қайта өңдеу мен кәдеге жаратудың маңызды технологиялық элементі ретінде қарастырылады.
ЗСТР Красноярск өлкесіндегі Тау-кен-химия комбинатының (ТХК, Росатом құрамына кіреді) аумағында салынады деп болжануда. Таңдау кездейсоқ емес: ТХК ПЯО-мен жұмыс істеудің және қолданыстан шығарудың соңғы кезеңіне маманданған.
ЗСТР РҚ құру жобасының хронологиясы
ЗСТР-ның конструкторлық пысықтаулары мен есептік бағалаулары 2019 жылдың соңында басталды. Қазіргі уақытта ҒЗТКЖ бағдарламасы бекітілді. Осы бағдарлама аясында құрылымдық материалдардың, реакторлық қондырғының, ПЯО қайта өңдеу модулінің және өзге де жабдықтардың негіздемелері, сондай-ақ отын және жуу тұздарын дайындау технологиялары және басқа да технологиялар басталды. «Жекелеген тораптардың техникалық шешімдерін пысықтау және осы инновациялық реактор қондырғысының бағдарламалық кодтарын верификациялау үшін бірегей жоғары температуралы стендтер қазірдің өзінде жасалуда», – деді «НИКИЭТ» зерттеу және изотоптық реакторларының бас конструкторы Игорь Третьяков.
Эскиздік жоба аясында конструкторлар жалпы реактор қондырғысының және оның құрамына кіретін жабдықтың негізгі техникалық, конструктивтік, сұлбалық және құрастыру шешімдерін пысықтады. Жоба алдындағы және жобалық жұмыстар алда әлі де жетерлік – инвестицияларды негіздеу, РҚ техникалық жобасын және қайта өңдеу модулін әзірлеу, ҒЗТКЖ бағдарламасын орындау және ақыры жобалық құжаттаманы әзірлеу және лицензиялау. Биылғы жылы ТХК орналастыру лицензиясын алуы керек деп болжануда. «Бұл біз негіздеуші ҒЗТКЖ маңызды бөлігін 2024 жылға дейін де орындауымыз керек дегенді білдіреді», – деп түсіндірді Игорь Третьяков. Жоспар бойынша 2027 жылға қарай құрылысқа лицензия алып, оны 2031 жылға дейін аяқтау қажет болады.
ЗСТР ерекшеліктері
ЗСТР жылу қуаты – 10 МВт. Негізгі құрылымдық материал – 80% никельден тұратын қорытпа. Одан корпусты, құбыржелілерді, жылу техникалық жабдықтарын қоса алғанда, отын (әдеттегі терминологияда – бірінші) контурын жасау жоспарлануда. «Ғалымдар отын тұзының осы материалмен өзара әрекеттесуінің коррозиялық қасиеттерін зерттеді, сондықтан оны әзірге таңдады — техникалық жобаны іске асыру мерзімі өте қысқа, ең айқын жолмен жүру керек. Бірақ ҒЗТКЖ нәтижелері бойынша біз басқа материалдарды да, басқа тұздарды да қарастыруымыз әбден мүмкін», – деді Игорь Третьяков.
Сұйық тұз құрамының шамамен 10% – ы белгілі бір жиіліктегі отын контурынан шығарылады және оның орнына жаңа отын балқымасы беріледі деп болжанады. Негізінде, жүктеу үшін реакторды тоқтатудың қажеті жоқ, бірақ бұл есептеу-аналитикалық және эксперименттік негіздеменің тақырыбы.
Болжам бойынша, реактор ТХК-ның тау асты бөлігінде салынады. Жартас массиві – сыртқы ортадан қосымша оқшаулау. Сонымен қатар, отын контуры және басқа да жабдықтар қауіпсіздік кедергісі болып табылатын герметикалық капсулаға орналастырылады.
Персоналды қорғау үшін ЗСТР РҚ-ға қызмет көрсету бойынша жұмыстардың көпшілігін роботтандырылған механизмдердің көмегімен орындау жоспарлануда, олар қазір де әзірленуде.
Отын туралы бірнеше сөз
ЗСТР үшін отын және оны қайта өңдеу әдістерін Бочвар атындағы бейорганикалық материалдардың жоғары технологиялық ғылыми-зерттеу институты әзірлейді. (БМЖҒЗИ, Росатомға кіреді). ЗСТР-дағы отын бірнеше металдардың фторидтерінің балқымасы болады. Бөлінетін материал ретінде трансмутацияланатын минорлық актинидтердің фторидтері балқымаға енгізіледі және жұмыстың бастапқы кезеңінде плутоний болады.
БМЖҒЗИ-де жұмыс істейтін міндеттердің бірі – минорлық актинидтердің фторидтерін алу. «Фторидтердің синтезі ерекше қиындық тудырмайды, әдістер бұрыннан белгілі. Бірақ бұл қосылыстарды ЗСТР отыны ретінде пайдалану үшін олардың, ең алдымен, оттегінің құрамы бойынша қатаң техникалық талаптарға сай болуы қажет», — деп атап өтті «Страна Росатом» газетіне берген сұхбатында БМЖҒЗИ бас ғылыми қызметкері Алексей Ананьев.
БМЖҒЗИ отын құрамының базасы ретінде литий және бериллий фторидтерін қолдануды жоспарлап отыр. Олар натрий, литий және калий фторидтеріне (FLiNaK) қарағанда құрылымдық материалдарға азырақ белсенді. Қажетті сападағы тұздарды алу – БМЖҒЗИ екінші міндеті.
Үшінші міндет – сәулелену кезінде литийден түзілетін тритийден құтылу. БМЖҒЗИ тритийді бөлу үшін сорбенттерді таңдап, газ тазарту жүйесінің сұлбасын қазірдің өзінде жасап қойды, тәжірибелер жүргізілуде. Сонымен қатар, конструкторлар отынды дайындау және қайта өңдеу модульдері мен газ тазарту жүйелеріне арналған технологиялық жабдықты әзірлейді.
Жалпы, ЗСТР және қайта өңдеу модулі бар РҚ құру жобасымен жұмыс әр жаңа технологияға тән қиындықтармен болса да, мақсатты түрде дамып келеді. ЗСТР эксперименттері тұйықталған ЯОА маңызды кезеңдерінің бірі – жинақталған ПЯО-нан минорлық актинидтерді жағып бітіруді игерудің алғашқы қадамы болады.
