Китайские учёные подошли к созданию нового типа коммерческого реактора, который до этого существовал только как лабораторная установка. Это так называемый управляемый ускорителем подкритический реактор (ADS, accelerator-driven subcritical systems). В его активной зоне нет условий для самоподдерживающейся реакции деления ядер. Её запускает внешний поток протонов или других частиц, разогнанных до субсветовых скоростей, выбивая нейтроны из остатков топлива.
Ядерная печь с турбонаддувом. Источник изображения: ИИ-генерация Grok 4/3DNews
Установки ADS во множестве разрабатывались в 80-е годы прошлого века во всех развитых странах. Они позволяли резко сократить объёмы долгоживущих радиоактивных отходов — до каких-то жалких 1000 лет вместо сотен тысяч лет и даже дольше: такой реактор просто дожигает их, получая энергию буквально из отходов и снижая их радиоактивность. Более того, реакторы ADS работают на ториевом топливе, которого в земной коре намного больше, чем урана. Кроме того, запасов урана непосредственно у Китая крайне недостаточно для собственных нужд — его приходится закупать.
Текущий проект управляемого ускорителем подкритического реактора в Китае создаётся под эгидой Китайской академии наук; в частности, над ним работает Институт современной физики совместно с государственными ядерными компаниями страны. Проект носит название China Initiative Accelerator Driven System (CiADS). Разработчики подчёркивают, что такая технология сделает ядерную энергетику «зелёной, безопасной и стабильной», обеспечивая человечество энергией на 1000 лет.
Технически CiADS состоит из сверхпроводящего линейного ускорителя протонов, спалляционной мишени из жидкого сплава свинца и висмута и подкритического реактора. Ускоритель разгоняет протоны до высоких энергий (около 250–500 МэВ); они ударяют по мишени, вызывая спалляцию — процесс рождения множества нейтронов. Эти нейтроны попадают в субкритический реактор (в котором нет самоподдерживающейся реакции деления), поддерживая контролируемую цепную реакцию деления без риска неуправляемого разгона. Реактор охлаждается жидким металлом, что сохраняет жёсткий спектр быстрых нейтронов, идеальный для переработки актинидов — основной «гадости» в долгоживущих радиоактивных отходах.
Главные преимущества CiADS — это сжигание урана в 100 раз эффективнее, чем в обычных реакторах, и сокращение времени жизни радиоактивных отходов в тысячи раз (с сотен тысяч лет до менее чем 1000 лет). Долгоживущие актиниды (америций, нептуний, кюрий) эффективно трансмутируются в короткоживущие изотопы благодаря жёсткому спектру и внешнему потоку нейтронов. Это позволяет почти полностью использовать уран-238 и перерабатывать отходы существующих АЭС, радикально снижая объём и опасность захоронений. Технология делает ядерный топливный цикл замкнутым и устойчивым.
Проект реализуется в провинции Гуандун (город Хуэйчжоу); общая тепловая мощность прототипа составляет около 10 МВт (включая 2,5 МВт от ускорителя и 7,5 МВт от реактора). Строительство идёт с 2021 года, установка ускорителя завершится в 2026 году, а первый запуск полномасштабной связанной системы ожидается в 2027 году. Это будет первый мегаваттный ADS-демонстратор в мире. В России пошли несколько другим путём — там используются критические быстрые реакторы с замкнутым топливным циклом, например БРЕСТ-ОД-300 или МБИР, но это уже другая история.