Полноразмерный контейнер с реактором успешно выдержал спуск на 100 футов и последующий подъем на поверхность в ходе испытаний концепции подземного ядерного реактора Deep Fission.
Ирина Медведева
Ядерный реактор предназначен для установки на глубине 1,6 км под землей. Источник: Deep Fission
Компания Deep Fission провела операцию, в ходе которой 20-футовый контейнер с реактором был опущен на глубину 100 футов под землю и затем извлечен с использованием стандартного коммерческого бурового оборудования. Это стало проверкой ключевого элемента их стратегии по размещению компактных ядерных реакторов на глубине 1,6 километра под поверхностью.
Как сообщает пресс-служба компании, демонстрация прошла 3 сентября, когда группа специалистов по бурению и монтажу опустила полноразмерную капсулу в скважину шириной 34 дюйма. На заданной глубине бригада выровняла капсулу, после чего подняла ее обратно на поверхность.
Основной задачей испытаний было выяснить, возможно ли работать с крупной реакторной капсулой под землей, используя оборудование, которое уже имеется у буровых подрядчиков. В Deep Fission отметили, что для демонстрации не потребовалось создавать, заказывать или модифицировать какие-либо устройства для работы с ядерными материалами.
Контейнер представлял собой полноразмерную неядерную копию сосуда, предназначенного для размещения активной зоны гравитационного реактора компании. В нем отсутствовало ядерное топливо, поэтому испытание было сосредоточено на проверке физического процесса развертывания и извлечения, а не на функционировании реактора.
Плюсы размещения реакторного комплекса под землей
«Самое важное в этой демонстрации — то, чего нам не пришлось делать, — заявила Лиз Мюллер, генеральный директор и соучредитель Deep Fission. — Нам не пришлось разрабатывать новую технологию. Мы использовали буровую установку и такелаж, которые сегодня можно свободно купить, а в нашем реакторе применяется технология с водой под давлением, которая давно используется в атомной промышленности.
Концепция реактора глубокого деления сочетает проверенную технологию реактора на воде под давлением с системой подземного развертывания. В реакторе Gravity будет использоваться стандартное низкообогащенное урановое топливо, а главное новшество компании — размещение реактора глубоко под землей.
Предполагаемый реактор будет установлен в заполненной водой скважине на глубине около полутора километров под поверхностью. Deep Fission утверждает, что водная толща и окружающие горные породы могут обеспечить герметичность, рабочее давление, теплопередачу и аварийное охлаждение.
Такая конфигурация может снизить потребность в наземной инфраструктуре, которая обычно связана с атомными электростанциями. Вместо строительства крупного реакторного комплекса на поверхности компания предлагает переместить большую часть системы под землю.
Компания считает, что это может упростить строительство, уменьшить затраты и сократить сроки ввода в эксплуатацию, одновременно обеспечивая дополнительные резервы безопасности.
Идея сталкивается с препятствиями
Последнее испытание не доказывает, что коммерческий реактор сможет работать под землей. Deep Fission еще предстоит проверить всю систему в целом, включая бурение, интеграцию реактора, соблюдение нормативных требований и возможную коммерческую эксплуатацию.
Компания реализует проект в рамках пилотной программы Министерства энергетики по разработке реакторов и строит свой первый реактор в Парсонсе, штат Канзас.
Подземный подход также направлен на возможность развертывания электростанций ближе к потребителям, которым нужна надежная электроэнергия. Deep Fission ориентируется на коммунальные службы, промышленных потребителей и центры обработки данных, которым необходима низкоуглеродная базовая мощность.
«Наша инновация заключается в том, как мы объединяем проверенные решения, а не в изобретении чего-то, чего еще никогда не было. В этом и заключается разница между научным проектом и тем, что можно внедрить», — сказала Лиз Мюллер.
Теперь компании предстоит перейти от демонстрации механических принципов к гораздо более сложной задаче — доказать, что конструкция ее подземного реактора соответствует инженерным, техническим, лицензионным и коммерческим требованиям.
Необходимы дополнительные, комплексные испытания
Следующим логическим шагом для Deep Fission станет интеграция всех ключевых систем в единый прототип, который сможет работать в реальных условиях скважины. Речь идет не только о механическом спуске, но и о герметичности контейнера, надежности уплотнений при перепадах давления, а также о способности оборудования выдерживать вибрации и температурные нагрузки, которые неизбежно возникнут при длительном нахождении на глубине.
Пока испытание подтвердило лишь то, что физически возможно манипулировать крупногабаритным объектом в скважине стандартного диаметра, но вопросы о том, как поведет себя капсула с теплоносителем и как обеспечить постоянный контроль за ее состоянием, остаются открытыми.
Инженерам предстоит разработать системы дистанционного мониторинга, которые позволят отслеживать параметры работы реактора без необходимости его подъема, а также создать протоколы действий на случай непредвиденных ситуаций, таких как потеря связи или механическое повреждение троса.
Особое внимание в предстоящих испытаниях будет уделено оценке влияния подземной среды на материалы и оборудование. Вода на глубине полутора километров имеет повышенное давление и температуру, что создает агрессивные условия для стальных конструкций и уплотнителей.
Хотя компания утверждает, что использует проверенные технологии, адаптация их к столь нестандартной среде требует дополнительных исследований. В частности, необходимо проверить коррозионную стойкость материалов, поведение тепловых трубок и насосов в условиях высокой минерализации воды, а также стабильность теплообмена между активной зоной и окружающей средой.
Эти данные станут основой для подачи заявки на лицензирование, поскольку регулирующие органы потребуют убедительных доказательств безопасности, а не только теоретических расчетов.
А как будет происходить тепловыделение и работа персонала?
Следующим этапом станет демонстрация работы макета с имитацией тепловыделения АЭС. Вместо ядерного топлива планируется использовать электрические нагреватели, которые позволят воссоздать тепловые нагрузки, возникающие при реальной работе реактора.
Такое испытание поможет проверить эффективность естественной циркуляции воды в скважине, способность системы отводить тепло в горные породы и стабильность температурных режимов в течение длительного времени. Успех этого этапа будет означать, что компания готова перейти к строительству полноценного прототипа с реальным топливом, однако этот переход потребует получения всех необходимых разрешений, включая лицензии от ядерного регулятора США.
Параллельно Deep Fission придется решить вопросы, связанные с эксплуатацией подземной станции. Если реактор находится на глубине, как персонал будет обслуживать его, как проводить плановые инспекции, ремонт и замену оборудования?
Компания рассматривает возможность создания модульной конструкции, позволяющей поднимать реактор на поверхность для проведения сервисных работ, но это потребует разработки специальных подъемных механизмов, рассчитанных на работу с радиоактивными компонентами.
Также необходимо продумать систему утилизации отработанного топлива, которая должна быть безопасной как для персонала, так и для окружающей среды. Решение этих вопросов потребует значительных инвестиций и длительного времени, что может замедлить коммерциализацию проекта.
Наконец, ключевым фактором успеха станет экономическая целесообразность. Хотя подземное размещение может сократить затраты на строительство защитной оболочки и снизить визуальное воздействие, оно создает дополнительные расходы на бурение и обслуживание глубокой скважины.
Компании предстоит доказать, что такие станции смогут конкурировать по стоимости электроэнергии с традиционными реакторами и возобновляемыми источниками, особенно с учетом затрат на вывод из эксплуатации и утилизацию.
Без убедительных экономических аргументов даже успешные технические демонстрации могут остаться лишь интересным экспериментом, не получившим широкого распространения.
Именно сочетание инженерных решений, нормативных усилий, обеспечения безопасности и рыночных условий определит, станет ли подземная ядерная энергетика реальностью в ближайшие десятилетия.