Розв'язання ядерної енергетичної проблеми: як перетворення торію у уран змінює глобальну енергетичну безпеку

Китай досяг того, чого західні ядерні програми прагнули десятиліттями — демонструючи стабільне перетворення торію у уран у робочому розплавленому сольовому ядерному реакторі. Це досягнення ознаменовує переломний момент у технологіях ядерної енергетики нового покоління з глибокими наслідками для глобальної енергетичної незалежності та стратегій зменшення викидів вуглецю.

Технічний прорив: у чому особливість

Експериментальний торієвий розплавлений сольовий реактор (TMSR), побудований Шанхайським інститутом прикладної фізики Китайської академії наук (SINAP) у Гобі, успішно підтвердив процес перетворення палива, який перетворює торій-232, широко доступний елемент, у уран-233 — ядерне паливо, здатне підтримувати ядерний розпад. З моменту досягнення критичності в жовтні 2023 року, реактор стабільно виробляє теплову енергію та одночасно генерує експериментальні дані, що підтверджують цей процес.

На відміну від традиційних ядерних реакторів, що використовують тверді уранові паливні стрижні, TMSR застосовує рідке паливо, підвішене у розплавленій фторидній солі. Цей двофункціональний дизайн виконує роль як джерела палива, так і охолоджуючого середовища, що дозволяє безперервне завантаження палива без зупинки роботи. За словами Лі Ціньнюаня, заступника директора SINAP, цей підхід значно підвищує ефективність використання палива та суттєво зменшує виробництво довгоживучих радіоактивних відходів — вирішуючи одну з найстійкіших екологічних проблем ядерної галузі.

Чому використання торію важливіше ніж будь-коли

Прорив реактора зосереджений навколо самопідтримуваного циклу: торій поглинає нейтрони всередині реактора і стає ураном-233, який потім бере участь у ланцюговій реакції поділу. Цей процес «горіння під час розмноження» означає, що поповнення палива відбувається всередині, що усуває необхідність у дорогому зовнішньому виробництві та створює практично необмежений енергетичний потенціал з однієї порції торію.

Для Китаю ця технологія вирішує критичну енергетичну вразливість. Наразі країна імпортує понад 80 відсотків свого урану, що робить її ядерний сектор вразливим до геополітичних напружень і коливань цін на ресурси. Торій, навпаки, значно поширеніший на китайській території. Оцінки запасів торію в Китаї коливаються між 1,3 і 1,4 мільйонами тонн, причому концентрація у мінералі Баян-Обо в Внутрішній Монголії достатня для забезпечення країни енергією понад тисячу років.

Переваги порівняно з традиційною ядерною інфраструктурою

Реактори четвертого покоління на основі розплавлених сольових циклів, що працюють на торієвому паливі, мають кілька переваг у безпеці та ефективності. Вони працюють при атмосферному тиску, а не під високим тиском у герметичних посудинах, використовуючи хімічно стабільні солі, що ізолюють радіоактивні матеріали і значно зменшують ризики вибухів і витоків. Ця принципово інша архітектура є парадигмальним зсувом від дизайнів легководних реакторів, що домінували у світовій ядерній енергетиці протягом п’яти десятиліть.

Технічний розвиток сам по собі підкреслює здатність Китаю до реалізації. Будівництво почалося у 2018 році, отримало схвалення Міністерства навколишнього середовища для експлуатації у 2022-му, досягло першої критичності в жовтні 2023 року, до середини 2024-го вийшло на повну експлуатаційну потужність і завершило перший у світі експеримент із завантаження торієвого палива до кінця року. Наразі Китай експлуатує більше ядерних реакторів у процесі будівництва, ніж усі інші країни разом, а строки будівництва рухаються приблизно вдвічі швидше за західних конкурентів.

Загальний контекст: чому це важливо для енергетичного майбутнього

Хоча США, Франція та Японія досліджували концепції торієвих реакторів, жодна з них не перейшла від експериментальної до експлуатаційної стадії. TMSR Китаю є першою у світі стабільною демонстрацією, що виробляє дані. Це позиціонує Китай як фактичного лідера у технологічній галузі, яку західні ядерні програми довго вважали майбутнім енергетичної безпеки, але багато разів не змогли комерціалізувати.

Економічний аспект підсилює цю тенденцію. За останні п’ятдесят років вартість будівництва ядерних об’єктів у США значно зросла, тоді як у Китаї вона зменшилася приблизно вдвічі. Ця цінова перевага, у поєднанні з постійним технологічним прогресом, створює наростаючу різницю у розвитку ядерної інфраструктури між Китаєм і західними країнами.

Китайська академія наук ініціювала програму TMSR у 2011 році як частину всеохоплюючої національної стратегії щодо розвитку сталих енергетичних систем і досягнення зменшення викидів вуглецю. Успішний етап перетворення торію у уран є зрілістю цієї десятилітньої інвестиції у передові технології розпаду, з негайними застосуваннями для виробництва електроенергії та довгостроковим потенціалом для промислового тепла і енергетичної безпеки в Азії та за її межами.