Исследователи из Китая приблизились к реализации коммерческого реактора принципиально иной конструкции, ранее существовавшего лишь в виде экспериментального образца. Речь идёт о ускорительно-управляемом подкритическом реакторе (ADS). В его сердцевине не возникает самоподдерживающейся цепной реакции. Её инициирует внешний пучок протонов или иных частиц, разогнанных до околосветовых скоростей, который выбивает нейтроны из отработанного топлива.
Ядерный реактор с искусственным поддержанием реакции. Источник изображения: ИИ-генерация Grok 4/3DNews
Активные разработки систем ADS велись в 1980-х годах во многих технологически продвинутых государствах. Их ключевым преимуществом является радикальное сокращение периода потенциальной опасности радиоактивных отходов — примерно до тысячи лет, в отличие от сотен тысяч или даже миллионов лет. Такой реактор фактически перерабатывает их, извлекая энергию прямо из отходов и снижая уровень их радиации. Важно и то, что ADS-реакторы используют ториевое топливо, чьи запасы в земной коре значительно превосходят урановые. Для Китая это особенно актуально, поскольку собственных ресурсов урана стране не хватает, и их приходится импортировать.
Современная китайская программа по созданию ускорительно-управляемого подкритического реактора ведётся под руководством Китайской академии наук. В работах участвуют, в частности, Институт современной физики и национальные ядерные корпорации. Проект известен как China Initiative Accelerator Driven System (CiADS). Как отмечают его создатели, эта технология способна сделать атомную энергетику «экологичной, безопасной и надёжной», обеспечив человечество энергией на целое тысячелетие.
С технической точки зрения, система CiADS включает в себя сверхпроводящий линейный протонный ускоритель, жидкометаллическую мишень из сплава свинца и висмута для генерации нейтронов, а также подкритический реактор. Ускоритель придаёт протонам высокую энергию (порядка 250–500 МэВ); сталкиваясь с мишенью, они инициируют процесс спалляции, в ходе которого рождается интенсивный поток нейтронов. Эти нейтроны затем направляются в субкритическую активную зону (где цепная реакция деления не поддерживается самостоятельно), обеспечивая управляемое деление ядерного топлива без угрозы неконтролируемого развития процесса. Охлаждение реактора осуществляется жидким металлом, что позволяет сохранять жёсткий спектр быстрых нейтронов, оптимальный для трансмутации актинидов — наиболее опасных долгоживущих компонентов радиоактивных отходов.
Ключевые достоинства CiADS — это стократное повышение эффективности использования урана по сравнению с традиционными реакторами и сокращение периода потенциальной опасности радиоактивных отходов в тысячи раз (со сотен тысяч лет до менее чем тысяче). Долгоживущие актиниды, такие как америций, нептуний и кюрий, эффективно преобразуются в изотопы с коротким периодом полураспада благодаря сочетанию жёсткого нейтронного спектра и внешнего нейтронного источника. Это открывает возможность практически полного вовлечения в топливный цикл урана-238 и переработки отходов действующих атомных станций, что кардинально уменьшает объём и радиационную опасность захораниваемых материалов. Технология формирует основу для создания замкнутого и экологически устойчивого ядерного топливного цикла.
Демонстрационный проект реализуется в провинции Гуандун (г. Хуэйчжоу); проектная тепловая мощность прототипа составляет примерно 10 МВт (включая 2,5 МВт от ускорителя и 7,5 МВт от реактора). Строительные работы ведутся с 2021 года, монтаж ускорительной части планируется завершить к 2026 году, а первый полнофункциональный запуск интегрированной системы намечен на 2027 год. Это станет первым в мире мегаватным демонстратором технологии ADS. В России выбран несколько иной подход — здесь развиваются критические быстрые реакторы с замкнутым топливным циклом, такие как БРЕСТ-ОД-300 или МБИР, но это уже отдельная тема для обсуждения.
