Натан Мірволд, поза сумнівом, блискучий мислитель. Експерт із прикладної математики й теоретичної фізики, він працював у Кембриджі разом із легендарним Стівеном Гокінґом, а тоді 14 років був технічним директором Microsoft, практично правою рукою Білла Ґейтса.
Відомим Мірволд став і в світі кулінарії. Він автор незвичних кулінарних книжок «Modernist Cuisine» та «Modernist Cuisine at Home». Нині Натан Мірволд є керівником компанії венчурного капіталу Intellectual Ventures і переконаний, що без атомної енергії людству не обійтися. Спільно зі своїм колишнім шефом Біллом Ґейтсом він підтримує стартап TerraPower.
Мета — розробка атомного реактора, меншого та безпечнішого, ніж сьогоднішні АЕС, і такого, що не потребуватиме збагаченого урану як палива. Згідно з концепцією TerraPower природного урану, непридатного для застосування в зброї й доступного у великих кількостях, має бути достатньо для роботи атомних станцій. Як про паливо думають і про метал торій, який значно частіше від урану трапляється в земній корі. Нобелівський лауреат із фізики Карло Руббіа якось розрахував, що в одному кілограмі торію міститься у 200 разів більше енергії, ніж у кілограмі урану.
TerraPower аж ніяк не унікум. Лише в Кремнієвій долині над атомними технологіями майбутнього працює понад 50 стартапів. Звісно, це не порівняти з кількістю IT-компаній, але регіон стає й Атомною долиною. У США окрім TerraPower своїми візіями про АЕС майбутнього привернули увагу й компанії Hyperion Power та NuScale. Над атомними станціями 4-го покоління працюють також у Європі, Китаї та Індії.
Читайте також: Від уранової руди до атомної зброї
Є навіть всесвітня дослідницька спілка, що займається питанням розвитку атомних електростанцій майбутнього. Міжнародний форум «Покоління 4» (Generation IV International Forum, GIF) у 2001 році заснували дев’ять країн: Аргентина, Бразилія, Велика Британія, Франція, Японія, Канада, Південна Африка, Південна Корея та США. Швейцарія, Росія, Китай, Австралія та Європейська спільнота з атомної енергії приєдналися згодом. А отже, непрямо, через Європейську спільноту з атомної енергії, до цього клубу належить і Німеччина.
Цілі розробки різні. По-перше, реактори 4-го покоління мають бути безпечнішими самі по собі. Це означає, що аварії, зумовлені способом будівництва, як у Фукусімі або Чорнобилі, повинні бути принципово виключені. По-друге, застосування альтернативного атомного палива, як-от торій або природний уран. Деякі концепти також передбачають використання, а отже, і ліквідацію вже наявних атомних відходів. Такі реактори здатні вирішити проблему захоронення. Атомні станції 4-ї генерації могли б також слугувати термічному продукуванню водню та синтетичного палива. Обговорюють варіанти використання й для продукування теплоенергії, зокрема опалення.
Для реакторів 4-го покоління існує понад півдесятка різних концепцій. Численні компанії, серед яких і TerraPower та Берлінський інститут ядерної фізики твердих тіл, роблять ставку на технологію рідкого атомного палива, яке у формі солей має повільно текти в системі обігу через активну зону реактора. Там швидкими нейтронами можна розщепляти також актиноїди, котрі зазвичай як відходи традиційних атомних електростанцій доводиться захороняти на мільйони років.
Технологія з 1950-х років
Те, що здається революційною інновацією, насправді технологія, яку випробували і вважали придатною ще в 1950-х роках. Тоді експеримент із рідкосольовим реактором в Національній лабораторії в Оук-Риджі (штат Теннесі) тривав п’ять років. Але чому ж тоді ця технологія, що забезпечує багато переваг, не взяла гору? Чому ж будували киплячі реактори з урановими стержнями, які не є цілком безпечними та через які в нас гори атомних відходів?
Пояснити це можна лише холодною війною й тогочасною гонкою атомних озброєнь світових держав. Було бажання найшвидше продукувати якомога більшу кількість плутонію, необхідного для створення атомних бомб. А з рідкосольовими реакторами це було б неможливо. Натомість для знищення знятої з озброєння ядерної зброї рідкосольові реактори цілком придатні.
Окрім рідкосольових реакторів дослідження ведуться й довкола швидких, газоохолоджувальних реакторів, реакторів найвищих температур, швидких, охолоджуваних натрієм реакторів і швидких, охолоджуваних свинцем реакторів. Не у всіх концептів є шанс. Багато що говорить на користь рідкосольових реакторів. Ще Едвард Теллер, батько американської водневої бомби, мав плани щодо будівництва підземного рідкосольового реактора, який працював би на торії і без технічного обслуговування 200 років постачав би струм. Відповідну статтю було опубліковано аж після смерті Теллера.
Наступний аспект у розробці нових типів реакторів — мініатюризація. NuScale хоче продавати міні-реактори, які видаватимуть лише 50 МВт. Постачати мініатюрні атомні електростанції в разі наявності відповідного ринку готова й британська компанія Rolls-Royсe, що вже будувала міні-реактори для підводних човнів. А американська фірма Hyperion Power повідомила, що зможе впродовж багатьох років постачати струм підземними міні-реакторами практично без технічного обслуговування для 10 тис. домогосподарств.
Атомна енергія в Китаї
Інноваційний тип реактора колись було розроблено і в Юліхському дослідному центрі, що в Німеччині. Це був реактор для використання торію як атомного палива, так званий реактор накопичення куль, у якому атомне паливо перетворювалося на графітні кулі діаметром 6 см. Система з кулями, що «пливли» крізь реактор, була своєрідним перехідним типом між реактором із твердопаливними стрижнями та реактором з обігом рідкого палива.
За концепцією реактора накопичення куль справді було побудовано комерційну атомну станцію Гамм-Унтроп. Одразу після Чорнобильської катастрофи на ній виникли технічні проблеми, що призвели до негайної зупинки реактора й припинення застосування технології в Німеччині. Проте це не завадило Китаю й надалі розвивати німецьку розробку. На АЕС Шидао-Бей збудували демонстраційний реактор на 250 МВт.
У майбутньому Китай може стати провідною технічною країною у використанні атомної енергії. У першій половині 2020-го він планує завершити будівництво і ввести в експлуатацію охолоджуваний газом високотемпературний реактор, який належить до 4-го покоління. Сенсаційний демонстраційний проект на узбережжі провінції Шаньдун, який мав би бути значно безпечнішим та ефективнішим за інші реактори, перебуває в заключній фазі налаштування та перевірки, заявив голова правління Китайської національної ядерної корпорації Ю Цзеньфень.
Читайте також: Атомний квест. Чи потрібні українським АЕС нові енергоблоки
Він виступав у квітні на Пекінській конференції сталого розвитку атомної енергії, на якій дали зелене світло форсованому будівництву нового реактора. Державна китайська газета «Женьмінь жибао» писала, що будівництво та запуск нової АЕС зроблять Китай світовим лідером.
Лише у 2018 році Піднебесна приєднала до мережі вісім нових АЕС. За словами Ю Цзеньфеня, нині будують ще 11 АЕС. У будівництві конвенційних АЕС 3-го покоління Китай має передові позиції у світі. Але йдеться про розвиток і використання реакторів 4-го покоління. Це і два пілотних проекти з рідкосольовими реакторами, і два реактори-розмножувачі у провінціях Фудзянь та Цзяньсі, які мають добудувати до 2030-го.
Подвоїти потужність за 10 років
На згаданій вище конференції йшлося про те, що протягом наступного десятиліття Китай підключатиме по шість — вісім нових АЕС щороку. Це дасть змогу досягти рівня 137 ГВт і при цьому подвоїти свої підключені атомні потужності. Наприкінці 2018-го Піднебесна із 45 реакторами була на четвертому місці у світі, а за підключеною потужністю 45,9 ГВт на третьому. 11 реакторів, які на сьогодні перебувають у стадії будівництва, виводять Китай на перше місце.
У межах ініціативи «Один пояс — один шлях» Китай вдається й до експорту атомних реакторів. На квітневій конференції в Пекіні згадували два водно-водяні реактори для Пакистану та кооперацію з Францією в будівництві атомної електростанції для Великої Британії. Під час нещодавнього візиту до Парижа лідер КНР Сі Цзіньпін та президент Франції Емманюель Макрон домовилися про тісну співпрацю в будівництві реакторів для третіх країн уздовж «нового Шовкового шляху»