В последние годы Соединённые Штаты Америки проявляют активный интерес к возрождению ядерной энергетики, видя в ней перспективный источник электроэнергии с низким уровнем выбросов углерода. Одним из ключевых элементов этой стратегии становится разработка и производство нового вида ядерного топлива, адаптированного для современных и будущих реакторных установок. На переднем крае этих инноваций находится национальная лаборатория в Оук-Ридже, штат Теннесси, где группа компании X-energy создает уникальные топливные элементы, способные удовлетворить растущий спрос на энергию и повысить уровень безопасности атомных электростанций.Производство высокоэффективного ядерного топлива — задача, требующая не только передовых материалов, но и точных технологий. В лаборатории в Оук-Ридже разрабатываются так называемые ТРИЗО-топливные частицы, что является сокращением от TRI-structural ISOtropic.
Эти частицы представляют собой миниатюрные сферические комплексы, содержащие обогащенный уран, заключённый внутри множества защитных слоёв углерода и керамики. Такой дизайн позволяет топливу сохранять целостность даже при чрезвычайно высоких температурах, что значительно снижает риски расплавления и выгорания.Создание подобных топливных «шаров» похоже на процесс изготовления дорогих и точных изделий. Сначала из урана получают порошок, который растворяют в специальном кислотном растворе, превращая его в вязкую смесь. После химической обработки и добавления углерода смесь формируется сквозь длинную прозрачную трубку, превращаясь в маленькие чёрные шарики — примерно размером с маковое зернышко.
Далее эти частицы подвергаются высокотемпературному обработку, во время которой на них наносится множество защитных покрытий. Каждое покрытие играет свою роль в сохранении урана и препятствует выделению радиоактивных частиц во время работы реактора.Далее тысячи таких частиц объединяются в более крупные сферы, диаметр которых близок к размеру бильярдного шара. Финальное покрытие из графита придаёт им прочность, позволяющую выдерживать значительные механические нагрузки. Можно представить себе, что каждый такой шар способен выдержать вес легкового автомобиля, не разрушаясь и не теряя своих эксплуатационных свойств.
Использование топлива ТРИЗО связано с особым типом ядерных реакторов — высокотемпературными газоохлаждаемыми установками. Они разрабатываются с прицелом на повышение эффективности и безопасности, а также способность работать на меньших площадях при более низком уровне образования ядерных отходов. Топливные «шары» загружаются в реактор, где могут циркулировать внутри несколько циклов, отдавая свою энергию при каждом проходе. Такая многоразовость позволяет значительно снизить затраты и повысить экологическую устойчивость.Производственный процесс, который сегодня развернут в рамках лаборатории в Оук-Ридже, — лишь начало.
Компания X-energy стремится масштабировать свои мощности в рамках строительства крупного комплекса стоимостью около двух миллиардов долларов, который станет первой фабрикой по производству ядерного топлива такого типа в США за последние 50 лет. Это стратегически важный шаг, учитывая, что долгое время американская ядерная индустрия зависела от поставок топлива из-за рубежа, преимущественно от России и Китая, обладающих инфраструктурой для производства богатообогащённого урана.Администрация бывшего президента США Дональда Трампа поставила национальную задачу увеличить в четыре раза отечественное производство ядерной энергии в течение следующих 25 лет. В рамках этого плана большое внимание уделяется именно развитию собственных технологий производства и обогащения уранового топлива. Увеличение внутреннего производства обеспечит не только энергетическую независимость, но и создаст основы для экспансии новых поколений реакторов, большинство из которых потребуют топливо более высокого уровня обогащения — так называемое высокообогащённое низкообогащённое урановое топливо (HALEU).
Несмотря на перспективность, к развитию ядерной энергетики в США остается много вопросов и критиков. Основной минус — высокая стоимость строительства новых объектов. За последние десятилетия в стране завершена всего пара новых крупных реакторов, причем строительство затянулось на годы, а бюджет превысил первоначальный приблизительно на 17 миллиардов долларов. Многие эксперты выражают сомнения в том, что поставленные амбициозные планы по наращиванию ядерной генерации смогут быть реализованы без значительных технологических и финансовых прорывов.Тем не менее, интеграция передовых видов топлива, как тот, который разрабатывает X-energy, может стать именно таким прорывом — увеличивая экономичность, безопасность и жизненный цикл реакторов.
В этом плане экологические преимущества нового топлива видятся существенными: уменьшается количество ядерных отходов, растёт эффективность утилизации урана, снижается вероятность аварийных ситуаций.Сейчас X-energy активно сотрудничает с национальными лабораториями, университетами и государственными структурам для проведения аналитики и испытаний различных партий топлива. Это комплексный процесс, включающий как химический анализ, так и реальные испытания в реакторах, например, на базе специально оборудованного исследовательского реактора в Айдахо.Финансирование и поддержка со стороны правительства США, а также инвесторов частного сектора, таких как Amazon, стали важным катализатором быстрого роста компании. Планируется, что к 2027-2028 году первая крупная фабрика начнёт полноценную работу, способная производить топливо для одиннадцати новых реакторов.
