Швейцарский стартап планирует заново изобрести ядерную энергетику

Идея, разработанная 30 лет назад в швейцарском ЦЕРНе в Женеве, преследует цель создания установки для производства более безопасной и чистой ядерной энергии. Над реализацией и рыночным внедрением этой идеи сейчас работает перспективная швейцарская компания.

Перевод Полины Сосновой, редактор Надежда Капоне.

О чем речь? Женевская компания Transmutex разрабатывает в данный момент новый тип ядерного реактора, в котором вместо урана будет использован торий. Установка обещает производить электроэнергию более безопасно и без образования высокорадиоактивных отходов, что поспособствует переходу к обществу с нулевым уровнем выбросов.

Как появилась компания TransmutexВнешняя ссылка? «Когда лауреат Нобелевской премии предлагает поработать с ним, то ему трудно отказать», — говорит физик-ядерщик Федерико Карминати (Federico Carminati) в интервью порталу SWI swissinfo.ch. Он хорошо помнит звонок от Карло Руббья (Carlo Rubbia), который в то время занимал должность директора Европейской организации ядерных исследований (European Organization for Nuclear Research, CERN/ЦЕРН), базирующейся в Женеве.

«Это был 1990 год, я был молодым сотрудником ЦЕРН, и профессор Руббья предложил мне принять участие в разработке нового типа ядерного реактора», — рассказывает Федерико КарминатиВнешняя ссылка. Идея вызвала тогда немалый ажиотаж, однако проект создания ториевого реактора в комбинации с ядерным ускорителем был, тем не менее, положен в долгий ящик. В то время ядерная энергетика не сильно нуждалась в инновациях, а проблема радиоактивных отходов и их хранения и вовсе, с ее точки зрения, не была актуальна. Зачем что-то изобретать и финансировать, если уже вложены колоссальные суммы в развитие урановой ядерной энергетики?

Торий вместо урана

Спустя тридцать лет времена изменились. Для Федерико Карминати пришло время смахнуть пыль со старого проекта Карло Руббья и вернуть его к себе на рабочий стол. Вот уж воистину любая идея должна отлежаться. В 2019 году вместе с французским предпринимателем Франклином Серван-Шрейбером (Franklin Servan-Schreiber) он основал стартап Transmutex. Их цель — заново изобрести ядерное «колесо».

Атомные электростанции, как известно, производят электроэнергию, используя тепло, получающееся в результате самоподдерживающейся цепной реакции деления. В классическом реакторе топливный материал — обычно уран или плутоний — погружается в «нейтронную ванну» (т. н. отражатель нейтронов, окружающий активную зону). Атомы расщепляются (процесс деления), выделяя энергию и высвобождая еще больше нейтронов, что приводит к цепной реакции. Тепло, выделяемое при делении, используется сначала для производства пара, который вращает турбину, производящую электричество. Непрерывная выработка атомной электроэнергии происходит в больших количествах и без выброса парниковых газов.

Однако многие страны, включая Швейцарию, пока не знают, где и как производить захоронение радиоактивных отходов. Решение, предлагаемое компанией Transmutex, заключается в том, чтобы использовать в работе АЭС торий вместо урана. Торий — это слаборадиоактивный металл, который в изобилии содержится во всей земной коре, в то время как большая часть урана, используемого в качестве ядерного топлива, специально добывается в шахтах России, Казахстана, Австралии и Канады. По данным 2013 года, добыча урана в России составляет 3135 тонн в год (5,26 % от мировой добычи), а российские запасы урана, по данным 2015 года, составили 507 800 тонн (9 % от мировых запасов). «Торий тем самым гораздо более «демократичен» в плане добычи, чем уран», — говорит Ф. Карминати.

Ториевый топливный цикл использует в качестве расщепляющегося материала изотоп тория Th-232. Однако для инициации цепной ядерной реакции получаемых при распаде частиц недостаточно. В этих условиях реактору требуется «дать прикурить» от внешнего источника дополнительных расщепляющихся материалов, например нейтронов. Ториевый реактор, постоянно поддерживающийся в подкритическом состоянии, получает их от ускорителя частиц. Но, как только поток этих нейтронов прерывается, реактор немедленно отключается, что способно принципиально исключить возникновение нештатных ситуаций, аналогичных той, что возникла на ЧАЭС в 1986 году.

Меньше отходов

По словам Федерико Карминати, ториевый реактор в комбинации с ускорителем заряженных частиц имеет массу преимуществ. Период полураспада побочных продуктов тория намного меньше, чем в случае с ураном — 300 лет вместо 300 000, — да и объемы опасных отходов значительно сокращаются. «Речь идет о нескольких килограммах вместо тонн», — говорит этот физик-ядерщик. Еще одно преимущество ториевого топливного цикла заключается и в том, что он лучше соответствует режиму нераспространения ядерного оружия, поскольку побочные продукты деления тория не могут быть использованы для создания атомной бомбы.

Но и это еще не все. Ториевый реактор способен работать на отходах, полученных от существующих атомных электростанций: часть отходов может быть превращена в ускорителях в более стабильные элементы, например плутоний, превращается под обстрелом нейтронами в менее радиоактивные элементы. Данный процесс на техническом жаргоне называется «трансмутацией», отсюда и название компании: Transmutex. «Эта технология способна помочь решить проблему накопления и хранения высокорадиоактивных отходов», — объясняет Федерико Карминати.

Сотрудничество с Россией и США

При этом компания Transmutex собирается использовать технологии, уже разработанные как в Швейцарии, так и за рубежом. Совместно с Институтом Пауля Шеррера (Paul Scherrer InstitutВнешняя ссылка), ведущим исследовательским центром Швейцарии в области естественных и технических наук, компания намерена построить ускоритель частиц, который будет гораздо мощнее образцов, уже в настоящее время используемых в медицине. Стартап из Швейцарии также развивает сотрудничество с международными партнерами.

Российская государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», специализирующаяся в том числе на производстве ядерных реакторов для подводных лодок, в данный момент также изучает возможность разработки такого реактора, а Аргоннская национальная лаборатория (Argonne National LaboratoryВнешняя ссылка), одна из важнейших лабораторий в области ядерных исследований в США, также уже работает над ториевым топливом. «У нас есть все необходимые элементы для создания реактора нового типа: теперь остается только собрать их воедино», — говорит Федерико Карминати. Цель Transmutex — построить демонстрационный прототип уже к началу 2030-х годов.

Ренессанс ядерной энергетики?

Похоже, настало время для появления нового поколения источников ядерной энергии. А как же зеленая энергетика? Необходимость, с одной стороны, сокращения объемов выбросов CO2 и других парниковых, газов, а с другой стороны, опасения по поводу возможных аварийных веерных отключений электропитания (ветряки, солнце и биогаз пока не в состоянии дать столько энергии, сколько надо для отказа от АЭС) вдохнули новую жизнь в технологию, которая, казалось бы, после аварии на комплексе АЭС в Фукусиме, была похоронена навсегда.

В настоящее время по всему миру около 440 действующих атомных электростанций вырабатывают около 10% от всей потребляемой электроэнергии. В ряде стран уже ведутся работы по созданию более компактных, простых, безопасных и дешевых ядерных реакторов. Недавно президент США Джо Байден выделил на эти цели 2,5 миллиарда долларов, а компания TerraPowerВнешняя ссылка, основанная Биллом Гейтсом, уже готова построить первую миниатюрную натриевую АЭС. В Китае готовятся к запуску первого ториевого ядерного реактора, правда, но основе технологии, отличной от той, что использует Transmutex.

Ядерный ренессанс уже происходит и в Европе: Европейская комиссия намеревается включить энергию атома, как и природный газ, в число «зеленых» источников энергии, рассматривая ее в качестве инструмента обеспечения «энергетического перехода» на возобновляемые источники энергии. Эту линию поддерживает и Франция. Лишь Германия выступает против: после аварии в Фукусиме она решила твердо закрыть однажды все свои атомные электростанции. Швейцария так же взяла курс на постепенный отказ от атомной энергетики.

Однако во избежание затруднений с поставками электроэнергии, представители правоцентристских бюргерских партий призывают пересмотреть это решение и тоже начать рассматривать атомный ресурсе в качестве элемента долгосрочной энергетической стратегии. Швейцарский энергетический клуб (Energie Club SchweizВнешняя ссылка), объединение сторонников атомной энергетики, не исключает запуска народной законодательной инициативы под названием «Не допустим блэкаута» (Stoppt den Blackout), предлагающей отменить запрет на строительство новых АЭС, одобренный на референдуме швейцарским народом в 2017 году.

«Можно гордиться всю жизнь»

«Было бы просто фантастикой в ближайшем десятилетии получить гибкую, модульную и маломасштабную технологию производства чистой и безопасной энергии», — указал порталу SWI swissinfo.ch Кристиан Шаффнер (Christian Schaffner), директор Энергетического научного центра при Высшей технической школе Цюриха (Energy Science Center ETH). «Необходимость и дальше электрифицировать транспорт и отопление повышает спрос на электроэнергию, но она должна быть чистой».