Китайский университет Цинхуа первым в мире продемонстрировал внутреннюю безопасность первого действующего коммерческого ядерного реактора с галечным слоем, отключив питание и позволив пассивным системам сохранять контроль над активной зоной реактора.
Старые ядерные реакторы, такие как реакторы с водой под давлением (PWR), страдают конструктивным недостатком: они требуют принятия решительных мер для их остановки в аварийной ситуации, а системы безопасности требуют источника энергии для запуска насосов, циркулирующих теплоносители. Кроме того, с этими охлаждающими жидкостями могут возникнуть проблемы.
Это одна из причин, почему катастрофа на Фукусиме в 2011 году оказалась хуже, чем должна была быть. Мало того, что эта электростанция была устаревшей конструкцией 1970-х годов, которая должна была быть выведена из эксплуатации, она и ее три реактора пострадали от землетрясения и цунами, которые вышли далеко за пределы их инженерных параметров и разрушили резервные дизель-генераторы. Вдобавок к травмам, повреждения и обломки на прилегающей территории не позволили аварийным бригадам вовремя добраться до станции и предотвратить химический взрыв из-за распада охлаждающей воды на водород и расплавления активных зон реактора.
Реакторы поколения IV, такие как высокотемпературный газоохлаждаемый (HTGR) реактор с шаровыми твэлами на атомной электростанции в заливе Шидао, провинция Шаньдун, который был построен Университетом Цинхуа, China Huaneng Group и Китайской национальной ядерной компанией, отличаются тем, что их конструкция изначально безопасна. Фактически, инженеры уверенно заявляют, что реакторы с шаровыми твэлами не способны к расплавлению.
Вместо топливных стержней, охлаждаемых циркулирующей водой внутри корпуса высокого давления, реактор с шаровыми твэлами по сути представляет собой большой негерметичный бункер, заполненный сферическими шариками, изготовленными из слоев обогащенного уранового топлива, углерода, который действует как замедлитель, и покрытия из карбида кремния. Кроме того, охлаждающим агентом является гелий, который химически нейтрален и всегда остается газом при любых температурах за пределами криогенной области.
Галька может выдерживать температуру до 1600 °C (3000 °F), хотя активная зона реактора не может достичь ничего выше этого. Тепло от камешков заставляет гелий циркулировать естественным путем, когда насосы выключены, а высокое соотношение поверхности к объему камешков означает, что потери тепла превышают выделение тепла.
Также помогает то, что реактор саморегулируется, когда дело доходит до ядерной реакции. Когда температура реактора повышается, атомы топлива движутся быстрее, создавая эффект, называемый доплеровским уширением, когда нейтроны движутся с разными скоростями. Это означает, что топливо будет поглощать больше быстрых нейтронов, оставляя меньшее количество для поддержания реакции. Чем выше температура, тем сильнее подавляется реакция.
Короче, она не может расплавиться.
Система не новая. Он основан на немецкой электростанции AVR, которая проработала 21 год и прошла те же испытания на безопасность, что и китайский реактор, за исключением того, что первый был экспериментальным реактором, а реактор в заливе Шидао — первым в мире коммерческим реактором с галечным слоем. В обоих тестах питание было отключено во время работы ядер, и функции пассивной безопасности взяли на себя управление.
В ходе испытаний в заливе Шидао два реактора с галечным слоем, соединенные с паровой турбиной мощностью 210 МВт, замедляли свои собственные ядерные реакции и поддерживали безопасные температуры, при этом активная зона отключалась за считанные минуты. И реакция, и температура стабилизировались примерно через 35 часов. Кроме того, не произошло ухудшения состояния ядерного топлива.
Испытание было задокументировано в Джоулях.
