Neatteicas kodolenerģija

Februārī es lidoju cauri mašīnas iekšpusei, kas varētu atspoguļot kodolenerģijas nākotni. Es biju virtuālās realitātes tūrē Šanhajas Lietišķās fizikas institūtā Ķīnā, kas tuvāko gadu laikā plāno uzbūvēt eksperimentālu reaktoru, kura konstrukcijas dēļ sabrukšanas iespējamība ir daudz mazāka. Kodola iekšpusē — superkarstā, intensīvi radioaktīvā vietā, kur neviens cilvēks nekad nedosies — manā priekšā noplok spēkstacijas slāņi: ārējais nerūsējošā tērauda trauks, augsto tehnoloģiju sakausējuma iekšējais slānis un visbeidzot kodoldegviela. pati, desmitiem tūkstošu biljarda bumbiņas izmēra sfēru, kas satur radioaktīvā materiāla daļiņas.

Ņemot vērā vēl nebijušu piekļuvi Ķīnas progresīvās kodolpētniecības un attīstības programmas iekšējai darbībai, es biju liecinieks jaunas kodoltehnoloģijas dzimšanai. Caur virtuālo reaktoru tika izveidota sarežģīta cauruļu sistēma, kas pārvadā šķidrumu, kas padara šo sistēmu īpašu: izkausēta sāls, kas atdzesē reaktoru un nes siltumu, lai darbinātu turbīnu un ražotu elektrību. Vismaz teorētiski šāda veida reaktori nevar ciest no tāda veida katastrofālas kļūmes, kas notika Černobiļā un Fukušimā, padarot nevajadzīgas dārgās un liekās drošības sistēmas, kas ir palielinājušas parasto reaktoru izmaksas. Turklāt jaunajām stacijām vajadzētu radīt maz atkritumu un pat apēst esošos kodolatkritumus. Tie varētu darboties ar urānu, kas darbina 99 procentus pasaules atomelektrostaciju, vai arī galu galā tie varētu darboties ar toriju, kas ir tīrāks un bagātīgāks. Šanhajas institūta galvenais mērķis: uzbūvēt izkausētā sāls reaktoru, kas varētu aizstāt 70. gadu tehnoloģiju mūsdienu atomelektrostacijās un palīdzēt Ķīnai atradināt no oglēm, kas piesārņo Šanhajas un Pekinas gaisu, ievadot lētu ēru. , bagātīga, nulles oglekļa enerģija.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2016. gada septembra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Nākamo divu desmitgažu laikā Ķīna cer izveidot pasaulē lielākā kodolenerģijas nozare . Plānos ietilpst pat 30 jaunas parastās atomelektrostacijas (papildus 34 reaktoriem, kas darbojas šodien), kā arī dažādus nākamās paaudzes reaktorus, tostarp torija kausēta sāls reaktorus, augstas temperatūras gāzi dzesējamus reaktorus (kas, piemēram, kausētus reaktorus) -sāls reaktori, ir gan ļoti efektīvi, gan pēc būtības droši, gan ar nātriju dzesējami ātrie reaktori (kas var patērēt izlietoto degvielu no tradicionālajiem reaktoriem, lai ražotu elektroenerģiju). Ķīnas plānotāji vēlas ne tikai dramatiski paplašināt valsts iekšzemes kodolenerģijas jaudu, bet arī kļūt par pasaulē vadošo kodolreaktoru un komponentu piegādātāju, kas daudziem Rietumu novērotājiem šķiet satraucoša.

Šanhajas institūta centieni izstrādāt izkausētā sāls reaktorus — tehnoloģiju, kas Amerikas Savienotajās Valstīs gadu desmitiem ir bijusi gandrīz aizmirsta, atspoguļo to, cik pārdrošas ir Ķīnas kodolieroču ambīcijas. Jau tagad valdība pēdējo piecu gadu laikā ir ieguldījusi apmēram divus miljardus Ķīnas renminbi (300 miljonus USD) izkausētā sāls pētniecībā un attīstībā. Faktisku rūpnīcu celtniecībai būs nepieciešami desmitiem miljardu vairāk. Tāpat kā citām novatoriskām kodoltehnoloģijām, kas tiek izstrādātas visā pasaulē, ir maz garantiju: lai gan cilvēki ir izmantojuši mazus, eksperimentālus izkausētās sāls reaktorus, neviens tos nekad nav uzbūvējis komunālo pakalpojumu mērogā un pievienojis tīklam. Tomēr Ķīnas valdība cer, ka 15 gadu laikā tiks izveidota komerciāla izmēra stacija, kas palīdzēs atdzīvināt nomocīto kodolenerģijas nozari.

Pirmie eksperimenti ar izkausētā sāls reaktoriem 50. gadu beigās tika veiktas Oak Ridge Nacionālajā laboratorijā Tenesī tās direktora Alvina Veinberga vadībā. Šodienas Ķīnas programma patiesībā ir unikālas un nedaudz pretrunīgas partnerības starp Oak Ridge un Šanhajas institūtu auglis. ASV pētniecības programma turpinājās vairāk nekā desmit gadus, bet galu galā tika slēgta par labu tehnoloģijai, ko mūsdienās izmanto lielākajā daļā atomelektrostaciju. Retrospektīvi, šis lēmums veicināja ne tikai daudzsološas kodoltehnoloģijas sabrukumu, bet arī ilgstošu nozares stagnāciju.

Tomēr šodien pasaulei kodolenerģija ir vajadzīga vairāk nekā jebkad agrāk, ja vēlamies ierobežot klimata pārmaiņas. Saskaņā ar Starptautiskās Enerģētikas aģentūras datiem, līdz gadsimta vidum pasaules kodolenerģijas jaudai ir jāpalielina vairāk nekā divas reizes ja mums jāpaliek 2 °C robežās no sasilšanas. Pašreizējā situācijā tas šķiet maz ticams. Vairākas valstis, tostarp Ķīna un Indija, ir uzsākušas masveida kodolenerģijas izbūvi, taču lielākā daļa no tiem būs saistīti ar lieliem, tradicionāliem reaktoriem — tehnoloģiju, kas lielai daļai pārējās pasaules ir pārāk dārga. Pat valstis, piemēram, Vācija, kas var atļauties kodolenerģiju, to pakāpeniski pārtrauc, jo baidās no citas katastrofas. Tāpēc Šanhajas institūtā izstrādātās kodolspēkstacijas ir īpaši steidzamas.

Pasaulei kodolenerģija ir vajadzīga vairāk nekā jebkad agrāk, ja vēlamies ierobežot klimata pārmaiņas.

Pēc manas virtuālās ekskursijas Kun Čens, viens no kausētā sāls programmas vadošajiem zinātniekiem, aizveda mani atpakaļ uz institūta galveno administrācijas ēku. Pa nakti bija uzsnidzis sniegs, un bija ļoti auksts. Auditorijā neliels darbinieku pulks bija sapulcējies uz izkausētā sāls programmas direktora Sju Hundzji runu. Tā bija nedēļa pirms garajām Mēness Jaungada brīvdienām, un tajā vakarā notika institūta ikgadējais bankets. Sju vairāk nekā divas stundas runāja par izkausētā sāls tehnoloģijas vēsturi un tās perspektīvām nākotnē.

Viņš teica, ka tas ir bijis Ķīnas sapnis pusgadsimtu. Iepriekš mums trūka nepieciešamo zināšanu un prasmju, lai to īstenotu. Tagad mums ir resursi, tehnoloģijas un zināšanas. Tagad mēs to varam izdarīt.

Ķēdes reakcijas

Alvins Veinbergs pirmo reizi ieradās Oak Ridžā 1945. gadā, tieši pēc tam, kad Tenesī ziemeļu kalnos tika uzceltas laboratorijas, lai ražotu ieročiem piemērotu urānu un plutoniju. Manhetenas projekta veterāns, Veinbergs kļuva par direktoru 1955. gadā strauji augošās nacionālās laboratorijas amatā un ieņēma šo amatu līdz 1973. gadam. Viņš bija pionieris kodolfiziķis un kodolenerģijas filozofs, kurš izmantoja frāzi Faustisks darījums, lai aprakstītu spriedzi starp industrializētās sabiedrības slāpēm pēc pārpilnības enerģijas un ārkārtējo modrību, kas nepieciešama, lai aizsargāt kodolenerģiju. Lai padarītu šo enerģijas avotu gan tīru, gan ārkārtīgi lētu, viņš uzskatīja, ka saikne starp kodolenerģiju un kodolieročiem būtu jāpārtrauc. Un veids, kā pārtraukt šo saikni, bija torija izkausētā sāls reaktors.

Veinberga vadībā entuziasma pilnu jauno ķīmiķu, fiziķu un inženieru komanda no 1965. līdz 1969. gadam izmantoja nelielu, eksperimentālu kausētas sāls reaktoru. Oukridžas reaktors darbojās ar urānu; Veinberga galīgais mērķis bija izveidot tādu, kas darbotos tikai ar toriju, no kura atšķirībā no urāna nevar viegli izveidot bumbu. Bet izkausētā sāls eksperiments tika pārtraukts 70. gadu sākumā. Viens no galvenajiem iemesliem bija tas, ka Veinbergam izdevās atsvešināt savus priekšniekus, brīdinot par parastās kodolenerģijas radītajām briesmām laikā, kad desmitiem šādu reaktoru jau tika būvēts vai plānošanas stadijā.

Līdz gadsimta beigām ASV bija uzbūvējuši 104 kodolreaktorus, taču jaunu būvniecība bija apstājusies, un tehnoloģija palika iestrēgusi 1970. gados. Tā kā tradicionālajiem reaktoriem ir nepieciešami milzīgi, dārgi norobežojošie trauki, kas var uzspridzināt ekstremālos apstākļos, un tā kā tajos tiek izmantotas plašas ārējās dzesēšanas sistēmas, lai nodrošinātu, ka cietā kurināmā kodols nepārkarst un neizraisa bēgšanas reakciju, kas izraisa sabrukšanu, tie ir ļoti izturīgi. dārgi. Divi jauni reaktori, kas pašlaik tiek būvēti Gruzijā, varētu maksāt 21 miljardu ASV dolāru, kas ir par 50 procentiem vairāk nekā sākotnēji tika lēsts 14 miljardu ASV dolāru apmērā. Tas viss 40 gadus vecai tehnoloģijai.

Tomēr mūsdienās, klimata pārmaiņām pastiprinoties un valdības ierēdņiem un zinātniekiem meklējot kodoltehnoloģiju bez dārgām problēmām, kas ir apstādinājušas parasto versiju, kausētais sāls piedzīvo renesansi. Uzņēmumi, piemēram, Zemes enerģija , Transatomiskais spēks , Moltex , un Flibe enerģija sacenšas par jaunu izkausētā sāls reaktoru izstrādi. Japānas, Francijas, Krievijas un Amerikas Savienoto Valstu universitātēs un institūtos, kā arī Šanhajas institūtā notiek pētniecības programmas par dažādām tehnoloģiju formām. Papildus darbam ar cietā kurināmā reaktoru izstrādi, ko dzesē ar izkausētu sāli (kā tas, kuru es praktiski apmeklēju Šanhajā), ir vēl radikālāki modeļi, kuros kā kurināmais izmanto arī radioaktīvos materiālus, kas izšķīdināti izkausētā sālī (kā to darīja Veinberga eksperiments). ).

Tāpat kā visas atomelektrostacijas, izkausētā sāls reaktori ierosina atomus radioaktīvā materiālā lai radītu kontrolētu ķēdes reakciju. Reakcija atbrīvo siltumu, kas vāra ūdeni, radot tvaiku, kas virza turbīnu, lai ražotu elektroenerģiju. Cietā kurināmā reaktori, kas atdzesēti ar izkausētu sāli, var darboties augstākā temperatūrā nekā parastie reaktori, padarot tos efektīvākus, un tie darbojas atmosfēras spiedienā, kas nozīmē, ka tiem nav nepieciešami dārgi kuģi, kas plīsa Černobiļā. Izkausētā sāls reaktoriem, kuros izmanto šķidro degvielu, ir vēl pievilcīgāka priekšrocība: kad temperatūra serdenī sasniedz noteiktu slieksni, šķidrums izplešas, kas palēnina kodolreakcijas un ļauj kodolam atdzist. Lai izmantotu šo īpašību, reaktors ir uzbūvēts kā vanna ar drenāžas aizbāzni apakšā; ja temperatūra kodolā kļūst pārāk augsta, kontaktdakša izkūst un degviela izplūst ekranētā tvertnē, parasti pazemē, kur tā tiek droši uzglabāta, kad tā atdziest. Šiem reaktoriem jāspēj izmantot vairāk enerģijas, kas ir pieejama radioaktīvajos materiālos, nekā parastie reaktori. Tas nozīmē, ka tiem būtu ievērojami jāsamazina kodolatkritumu daudzums, kas jāapstrādā un jāuzglabā.

Tā kā tiem nav vajadzīgas milzīgas norobežojošās struktūras un ir nepieciešams mazāk degvielas, lai ražotu tādu pašu elektroenerģijas daudzumu, šie reaktori ir kompaktāki nekā mūsdienu atomelektrostacijas. Tos varētu ražot masveidā, rūpnīcās un apvienot blokos, veidojot lielākas spēkstacijas.

Tam visam vajadzētu padarīt to būvēšanu lētāku. Atšķirībā no vēja un saules enerģijas, kas laika gaitā ir kļuvušas daudz lētākas, atomelektrostacijas ir kļuvušas daudz dārgākas. Saskaņā ar ASV Enerģētikas informācijas administrācijas datiem atomelektrostacijas būvniecības izmaksas, ņemot vērā inflāciju, pieauga no 1500 USD par kilovatu jaudas 1960. gadu sākumā līdz vairāk nekā 4000 USD par kilovatu 70. gadu vidum. Savā jaunākajā aprēķinā 2013. gadā IVN atklāja, ka šis skaitlis ir pieaudzis līdz vairāk nekā 5500 $ — dārgāk nekā saules elektrostacija vai sauszemes vēja parks un daudz vairāk nekā dabasgāzes stacija. Šīs sākotnējās izmaksas pastiprina lielais reaktoru izmērs; Vidēji, ko min IVN, viena gigavata elektrostacija izmaksātu 5,5 miljardus dolāru, kas ir riskants ieguldījums jebkuram uzņēmumam.

Šīs sākotnējās izmaksas līdzsvaro fakts, ka atomelektrostacijas ir salīdzinoši lētas ekspluatācijā: jaunajās stacijās izlīdzinātās elektroenerģijas izmaksas, kas mēra elektrostacijas darbības laikā saražotās enerģijas izmaksas, ir 95 USD par megavatstundu. IVN — salīdzināms ar elektrības izmaksām no ogļu stacijām un mazāk nekā saules enerģija (125 USD par megavatstundu). Tomēr dabasgāzes stacijas ir daudz lētākas, un to saražotās elektroenerģijas izmaksas (75 USD par megavatstundu saskaņā ar IVN) arī ir zemākas. Stingrāki noteikumi par oglekļa emisijām padara kodolenerģiju pievilcīgāku, bet būvniecības izmaksu samazināšana ir ļoti svarīga nulles oglekļa atomenerģijas nākotnei.

Tādu soli veido jauna jaunuzņēmumu grupa, kas strādā pie moderniem kodolreaktoriem, un vairākus no tiem finansē Silīcija ielejas investori. Piemēram, uzņēmumu Transatomic Power dibināja MIT doktoru pāris Leslijs Devans un Marks Masijs, kuri ir projektējuši 520 megavatu elektrostaciju (apmēram tikpat, cik mūsdienās ir vidēji ogļu rūpnīca), kuru, viņuprāt, var uzbūvēt par 2 miljardiem dolāru. jeb 3846 USD par vienu jaudas kilovatu. Tas atbilst saules elektrostacijas būvniecības izmaksām, taču tam būtu milzīga priekšrocība, jo tā spētu ražot enerģiju nepārtraukti, ne tikai tad, kad spīd saule. Terrestrial Energy, kas nesen ieguva Kanādas valdības pētniecības dotāciju reaktora prototipa izveidei, saka, ka tās izkausētā sāls reaktoru galu galā varētu uzbūvēt tikai par 2000 USD par kilovatu.

Taču, lai gan izkausētā sāls dizains ir rosinājis izgudrojošus jaunos tehnologus, jaunas kodolenerģijas tehnoloģijas licencēšana un izgatavošana ASV joprojām ir biedējoša izredze. Vienkārša Kodolenerģijas regulatīvās komisijas licences pieteikšana var ilgt vairākus gadus un izmaksāt simtiem miljonu dolāru, tāpēc daži no šiem jaunizveidotiem uzņēmumiem, iespējams, nekad netiks uzsākti. Turklāt pat 2 miljardi dolāru būtu liela nauda, ​​ko investori un komunālie uzņēmumi varētu tērēt nepārbaudītai tehnoloģijai ar apšaubāmām finansiālām priekšrocībām. Tāpēc programma, kas ir vistuvāk strādājoša reaktora ražošanai, atrodas Ķīnas Tautas Republikā.

Domā plaši

Pat tad, kad sākotnējais eksperiments ar izkausētā sāls tehnoloģiju ASV beidzās 1970. gados, neliela pētnieku grupa Šanhajas Lietišķās fizikas institūtā, kas ir daļa no Ķīnas Zinātņu akadēmijas, uzsāka savu izmeklēšanu par torija degvielu. izkausētā sāls reaktori. Taču Ķīnai, kas savu pirmo atomelektrostaciju iedarbināja tikai 1991. gadā, trūka zināšanu un naudas, lai izstrādātu sarežģītas iekārtas un dārgus materiālus progresīvos reaktoros. 21. gadsimtā, tāpat kā visas pārējās valstis ar kodolenerģiju, Ķīna paļāvās uz tradicionālajiem reaktoriem. Taču šīs koncepcijas ogles joprojām kvēloja Ķīnas kodolzinātnieku prātos.

Laika līnijas ir agresīvas, vismaz pēc lēnas kodolenerģijas nozares standartiem.

No Ķīnas viedokļa torijam ir īpaša priekšrocība: lai gan kontinentālajā Ķīnā ir neliela daļa no pasaules urāna, tajā ir daudz torija. Bagātīgs bezoglekļa enerģijas avots vienlaikus atrisinātu vairākas Ķīnas enerģētikas dilemmas. Centrālās valdības skatījumā mēs neesam šeit, lai izstrādātu nobriedušas tehnoloģijas — mums ir jārada kaut kas jauns, kaut kas stratēģisks, saka Kuns Čens, izkausētā sāls zinātnieks, kurš vadīja manu virtuālo ceļojumu Šanhajā. Ir jādomā lielā mērā.

Izglītību ieguvis prestižajā Ķīnas Zinātnes un tehnoloģiju universitātē Hefei, Čens ieguva doktora grādu Indiānas Universitātē un vairākus gadus strādāja Argonnes Nacionālajā laboratorijā (kas, tāpat kā Oak Ridge, ir daļa no ASV Enerģētikas departamenta). Bet viņš atgriezās Ķīnā, lai uzbūvētu pasauli mainošu reaktoru.

Viņš par to dzirdēja 2009. gadā, kad apmeklēja Šanhaju, lai prezentētu semināru Lietišķās fizikas institūtā. Kāds zinātnieks viņam pastāstīja par torija izkausētā sāls reaktoru — projektu, kas vēl nav finansēts vai paziņots. Mūsu komanda lielāko daļu tehnisko dokumentu ieguva no tīmekļa — tos ievietoja Oak Ridge komanda, atceras Sju Hundzje, izkausētās sāls programmas direktors, krata galvu vai nu apbrīnā, vai izbrīnā par amerikāņu atklātību. Viņi tur visu ievietoja bez maksas.

Pēc Sju mudinājuma Čeņs pievienojās Šanhajas institūts 2010. gadā, un šodien viņš ir atbildīgs par sadarbību ar Oak Ridge. ASV laboratorija sniedz ieguldījumu materiālu, vadības sistēmu un datorsimulāciju izpētē projektā un ir izveidojusi liela kausētā sāls pārbaudes iekārta kuru finansēja Ķīnas Zinātņu akadēmija. Lai gan daži zinātnieki un kodolenerģijas aizstāvji kategoriski iebilst pret ideju palīdzēt Ķīnai izveidot pasaulē vadošo kodolenerģijas nozari, daudzi Oak Ridge inženieri vienkārši vēlas redzēt, ka kaut kur tiek uzbūvēti kausētā sāls reaktori. Viena no svarīgajām lietām, kas jāapzinās, ir tas, ka vairāki galvenie cilvēki izkausētā sāls reaktoros ļoti ātri aiziet pensijā vai iet mūžībā, saka Deivids Holkombs, kurš vada Oak Ridge sadarbību ar Šanhajas institūtu. Jūs nevarat vienkārši importēt jaunu darbinieku komplektu, ja mēs saglabājam šīs iespējas. Ķīna nodrošina finansējumu, kas ļauj mums nodot šīs zināšanas, iegūt praktisku pieredzi šo reaktoru būvniecībā un ekspluatācijā.

Mani pārsteidza institūtā strādājošo jauno zinātnieku pārliecība un ideālisms — optimisms, kas ASV kodolenerģijas aprindās nav pieredzēts gadu desmitiem.

Sākumā Šanhajas institūts plāno izmantot hibrīda pieeju, izmantojot izkausētu sāli, lai atdzesētu cietā kurināmā kodolu, kas ir līdzīgs parastajām atomelektrostacijām. Pēc tam Chen saka, ka komanda pāries uz šķidro degvielu, lai pilnībā realizētu tehnoloģijas potenciālu drošības un efektivitātes jomā. Sākumā degviela būs urāns, bet ķīniešu inženieri plāno vēlāk pāriet uz toriju.

Laika līnijas ir agresīvas, vismaz pēc kodolrūpniecības standartiem. Šanhajas institūta mērķis ir līdz 2030. gadam iedarbināt komerciāla mēroga cietā kurināmā rūpnīcu un 100 megavatu demonstrācijas šķidrā kurināmā reaktoru līdz 2035. gadam. Čens man teica, ka lielākā daļa pašreizējā darba ir vērsta uz sarežģīto santehnikas problēmu risināšanu, kas saistītas ar ļoti kodīgs izkausēts sāls. Mani pārsteidza institūtā strādājošo jauno zinātnieku pārliecība un ideālisms — optimisms, kāds ASV kodolenerģijas aprindās nav pieredzēts kopš Veinberga laikiem.

Manā pēdējā dienā Šanhajā mēs ar Kunu Čenu pastaigājāmies pa institūta teritoriju. Sniegs lielākoties bija pazudis, bet ledainais vējš joprojām bija stiprs. Viņš man parādīja universitātes pilsētiņas jaunāko būvniecības projektu: trīsstāvu augstu, noliktavas lieluma ēku, kur izvietot torija kausētā sāls programmu. Visas ķīmijas laboratorijas, visas mašīnu darbnīcas, visi datori, visi biroji un testa cilpas, sūkņi un prototipi tiks izvietoti šeit, kad ēka tiks atvērta vēlāk šogad. Tajā laikā tas bija tikai apvalks, bet tas bija simbols Ķīnas apņēmībai nākamajai kodolieroču ērai. Šeit, tūkstošiem jūdžu attālumā, veidojas amerikāņu zinātnieku sapnis Oak Ridžā pirms pusgadsimta.

paslēpties