Малые модульные реакторы будут не грязнее обычных АЭС, выяснили учёные

Малые модульные реакторы обещают стать настоящей находкой для промышленности и экономики в целом. Главным их достоинством считаются сравнительно малые затраты на начальном этапе запуска. Строятся они быстрее и скорее начинают выдавать электричество и тепло, хотя их мощность будет составлять всего от 10 до 30 % от возможностей обычных АЭС. Остаётся неясным, будут ли они по итогу грязнее обычных АЭС? Учёные считают, что если да, то ненамного.

Источник изображения: International Atomic Energy Agency

Сегодня в мире нет работающих малых модульных реакторов. Оценить объёмы создаваемых ими ядерных отходов можно только теоретически. Одно из первых изысканий на эту тему говорит, что ММР в среднем будут генерировать до 35 раз больше ядерных отходов, чем обычные реакторы с водой под давлением. Новое исследование, проведённое специалистами из Аргоннской и Айдахоской национальных лабораторий Министерства энергетики США (DOE) показывает, что малые модульные реакторы будут создавать сравнимые с обычными реакторами объёмы ядерных отходов.

Для оценки создаваемых ММР ядерных отходов была использована универсальная метрика, взятая на вооружение в 2014 году. Учёные давали оценку трём перспективным малым модульным реакторам: легководному VOYGR компании NuScale Power, реактору Natrium на расплавах солей компании TerraPower и реактору Xe-100 компании X-energy, который охлаждается газообразным гелием. Все эти реакторы планируется ввести в строй к концу текущего десятилетия. Они полностью или частично сертифицированы регулятором в США и понемногу движутся к реализации.

С позиции генерации ядерных отходов каждый из проанализированных реакторов имеет как преимущества, так и недостатки.

«Неправильно говорить, что поскольку эти реакторы меньше, у них будет пропорционально больше проблем по ядерным отходам, просто потому, что у них больше площадь поверхности по сравнению с объёмом активной зоны, — сказал один из авторов работы (условно, железа для захоронения больше, а выхлоп меньше). — У каждого реактора есть плюсы и минусы, которые зависят от степени выгорания топлива, обогащения урана, тепловой эффективности и других особенностей конструкции реактора».

Самым заметным фактором, от которого зависит объём ядерных отходов, остаётся степень выгорания топлива. Реакторы Natrium и Xe-100 имеют значительно более высокую степень выгорания, чем традиционные большие легководные реакторы. Они эффективнее утилизируют топливо, преобразуя его в больший объём выработанной энергии. Также оба типа ММР могут похвастаться более высоким значением КПД, чем классические большие реакторы.

При этом характеристики отработанного топлива несколько различаются между конструкциями: в этом VOYGR похож на классические реакторы, Natrium производит более концентрированные отходы с различными долгоживущими изотопами, а Xe-100 производит отработанное топливо меньшей плотности, но большего объёма.

«В целом, когда речь идет о ядерных отходах, реакторы ММР примерно сопоставимы с обычными реакторами с водой под давлением (LWR) с потенциальными преимуществами и недостатками в зависимости от того, для каких аспектов вы пытаетесь разработать проект, — сказано в исследовании. — В целом, похоже, что нет никаких дополнительных серьёзных проблем в обращении с ядерными отходами от реакторов ММР по сравнению с коммерческими отходами от крупных реакторов LWR».

В то же время реактор VOYGR компании NuScale Power хотя и является сегодня самым далеко продвинутым к практической реализации, генерирует больше всего ядерных отходов даже по сравнению с классическими реакторами. Реактор VOYGR является уменьшенной копией классических легководных реакторов и закон «больше железа и меньше рабочая зона — это больше отходов» для него полностью справедлив. Но исследователи не видят в этом проблемы.