Для нужд Армии США инженеры Лос-Аламоса работают над созданием малоразмерного ядерного реактора

В 2009 году военные специалисты Армии США подсчитали, что на каждые 24 автоколонны с горючим в Афганистане, которые транспортировали топливо через зону боевых действий, приходился один убитый американский солдат. Основная часть транспортируемого топлива используется для производства электроэнергии на удаленных базах. Снизить риски для американских военных быть убитыми могли бы стационарные устройства, производящие электроэнергию на местах, не требующие для поддержания их работоспособности большого количества топлива. Этими устройствами, по мнению ученых-атомщиков, могли бы стать малоразмерные атомные реакторы. Однако, их главным недостатком является необходимость охлаждения центрального блока большим количеством жидкости, что часто невозможно осуществить в высокогорных условиях.

Решением мог бы стать новый малоразмерный ядерный реактор, разрабатываемый Лос-Аламосской национальной лабораторией и энергетической компанией Westinghouse. Ученые из Лос-Аламоса работают над небольшим центральным урановым блоком, охлаждение которого регулируется самими физическими процессами, а не жидкостью, перекачиваемой насосами. Построенный по технологии «жар-трубы» (heat-pipe technology), устройство по производству электроэнергии, по существу, является безопасным микрореактором, не имеющем в своем составе системы с охлаждающей жидкостью и насосов, которые могут выйти из строя. Устройство использует пассивное регулирование так, что оно не сможет расплавить низ стального стакана, в который оно заключено. Микрореактор может производить, по крайней мере, до одного мегаватта электроэнергии в течение 10 лет или больше. Мегаватта электроэнергии достаточно для потребления примерно одной военной бригадой из 1500-4000 солдат в течение года. Самое главное, что устройство очень маленькое по своим размерам. Сама сердцевина реактора величиной с мусорный бак. Всю систему с микрореактором можно установить на заднюю часть прицепа или на малый корабль. Его достаточно доставить на базу, расположенную в отдаленной области или на острове один раз, что значительно уменьшает потребность в регулярных конвоях с топливом.

Атомщики из Лос-Аламоса утверждают, что они используют технологии, которые существуют десятилетиями и которые доказали свою безопасность и надежность. Но раньше не было возможности интегрировать эти технологии все вместе в функционирующую систему. Теперь, появилась возможность их использовать для построения нового поколения безопасных, небольших, переносимых электрических систем. Новый микрореактор возник из работы Лос-Аламоса по созданию небольшого ядерного реактора для НАСА, который когда-нибудь мог бы привести в действие колонию на Марсе или Луне. Реактор Mars, называемый «Киловаттным» (Kilopower), имеет размер чемодана и обеспечивает от 1 до 10 киловатт электроэнергии. Ключевой особенностью является саморегулирование: реактор Kilopower полагается на присущие физике явления с тем, чтобы естественным образом регулировать свою выходную мощность для удовлетворения потребностей в электроэнергии. Пассивные тепловые трубки приводят в действие несколько двигателей для выработки электроэнергии. Тестирование в Национальном исследовательском центре критических экспериментов (National Criticality Experiments Research Center), расположенного на Полигоне национальной безопасности Невады (Nevada National Security Site), продемонстрировало возможность создания меньшей версии всей системы, которую можно эксплуатировать в земных условиях. Микрореактор можно использовать самостоятельно или в сочетании с другими источниками энергии, включая возобновляемые источники энергии, объем производства электроэнергии которыми в течение дня значительно варьируется.

В микрореакторе в качестве ядерного топлива служит низкообогащенный, а не оружейный уран. Топливо помещено в твердый стальной монолит (стакан) для того, чтобы сформировать «подкритический» (subcritical) ядерный сердечник, который окружен рефлектором нейтронов и содержит просто штангу выключения. Тепловая энергия, создаваемая реакциями деления, эффективно удаляется из металлического ядра высокотемпературными тепловыми трубами из щелочных металлов. Эти технологии широко используются как на земле, так и в космосе с 1970-х годов. Тепловая энергия, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию. Первоначальная концепция микрореактора была разработана на средства, полученные от лабораторных исследований и разработок. НАСА финансирует разработку космического реактора Kilopower, в то время как Вестингауз и Управление по передаче технологий Министерства энергетики (Energy Department’s Office of Technology Transitions) и ARPA-E финансируют первоначальные шаги по расширению конструкции реактора Kilopower до наземного микрореактора.

Как утверждают ученые-атомщики, развертывание системы с микрореактором до ее полного выхода на мощность может быть осуществлено не познее 72 часов после прибытия на место дислокации. Систему реактора можно заглушить, охладить, и отсоединить все ее разъемы для дальнейшего передвижения меньше, чем за 7 дней. Активная зона реактора и все другое критическое оборудование размещены в специальной броне, которая защищает реакторные системы от нападения, а также защищает персонал и окружающую среду от радиации активной зоны во время эксплуатации и транспортировки. Основная конструкция уже была продемонстрирована в малом масштабе. Работая с опытным ядерным поставщиком, таким как Westinghouse, для проектирования, строительства и тестирования этих блоков, можно быстро реализовать краткосрочное решение для удаленной энергетики в военных целях.

В дополнение к военному использованию на базах, микрореакторы могут принести большую пользу в районах бедствия. Во время стихийного бедствия, такого как ураган или землетрясение одним из первых нарушается электропитание. В 2017 году ураган «Мария» оставил более половины из 1,5 миллионов жителей Пуэрто-Рико без электричества в течение нескольких месяцев. Потребовался почти год, прежде чем мощности были полностью восстановлены. С увеличением частоты экстремальных погодных явлений ожидается более широкое отключение электроэнергии, в результате чего правительства будут искать способы быстрого и доступного энергоснабжения. Как ожидают ученые из Лос-Аламоса, менее чем через пять лет эти микрореакторы могут быть готовы к развертыванию.