Взгляд в лабораторию, где производят современное топливо для обеспечения растущих амбиций США в области ядерной энергетики

ОУК-РИДЖ, штат Теннесси. — Рядом со знаками, предупреждающими о радиоактивной опасности в Национальной лаборатории Оук-Ридж, полдюжины работников атомной энергетической компании X-energy изготавливают нечто, похожее на серые бильярдные шары. Внутри шары заполнены тысячами крошечных чёрных сфер, каждая из которых содержит крупинку урана, обогащённого выше уровня, используемого на современных электростанциях.

Соединенные Штаты стремятся к новой эре ядерной энергетики, которая будет базироваться на внутреннем производстве реакторного топлива, подобном тому, что делает X-energy, и хотя работы в Ок-Ридже разворачиваются на площади всего 3000 квадратных футов, X-energy и другие уже наращивают темпы производства для крупных проектов.

Президент Дональд Трамп поставил цель увеличить производство ядерной энергии в стране в четыре раза в течение следующих 25 лет, подписав в мае указы об ускорении развития. Новая волна современных ядерных реакторов может быть введена в эксплуатацию примерно к 2030 году.

Но, как автомобили не будут работать без бензина, эти станции не будут работать без топлива. По словам Трампа , для долгосрочного развития ядерной энергетики страна должна максимально увеличить производство ядерного топлива.

В Ок-Ридже компания X-energy начала строительство огромного комплекса стоимостью почти 2 миллиарда долларов для нового завода по производству топлива, первого в США за более чем полвека. Компания Standard Nuclear, занимающаяся производством ядерного топлива, также расположенная в Ок-Ридже, планирует производить тонны топлива для современных реакторов. Поставщик Orano также планирует построить поблизости завод по обогащению урана стоимостью в несколько миллиардов долларов.

«Сейчас уникальное время», — сказал Тайлер Герчак, главный исследователь Национальной лаборатории Оук-Ридж, работающий в сотрудничестве с дочерней компанией X-energy, TRISO-X. «Динамика невероятная».

Корреспондент Associated Press посетил лабораторию, где компания X-energy производит небольшие партии топлива для испытаний. Все, кто находится за пределами пурпурно-жёлтой цепочки, предупреждающей о радиоактивности, обязаны носить халаты, два слоя перчаток и дозиметры. По выходе из лаборатории их проверяют на радиоактивность.

Компания X-energy из Мэриленда использует уран для производства так называемого топлива TRISO, которое находится внутри так называемых «гальки». Это бильярдные шары. Министерство энергетики утверждает, что это самое прочное ядерное топливо на Земле, поскольку частицы не могут расплавиться в реакторе.

В лаборатории первым шагом является приготовление уранового коктейля, напоминающего темно-желтый лимонад.

По словам Дэна Брауна, вице-президента по разработке топлива компании TRISO-X, урановый порошок в форме октаоксида триурана добавляется в азотную кислоту. Затем добавляются углерод и органический раствор. Они устанавливают два стеклянных контейнера: один из них облачён в подогреваемую рубашку, похожую на маленький свитер, которая помогает урану растворяться в кислотном растворе. Второй охлаждает кислотный раствор, пока добавляется источник углерода, который окрашивает смесь в почти чёрный цвет, добавил он.

На другой станции, в длинной прозрачной трубке, коктейль застывает, образуя маленькие чёрные шарики, по консистенции напоминающие желе. Эти чёрные шарики размером с маковое зёрнышко затем проходят через машины при температуре до 1800 градусов Цельсия, где они покрываются защитным углеродным слоем, похожим на глазурь для конфет, что делает их похожими на крошечные шарики BB.

X-energy использует графит и другие связующие материалы, чтобы связать 18 000 зерен в большую сферу. Сфера покрывается слоем графита, который герметизирует последний камешек. В итоге получается достаточно прочная, чтобы выдержать вес внедорожника.

В конечном итоге галька отдаст свою энергию в высокотемпературном газоохлаждаемом ядерном реакторе, который разрабатывает компания X-energy. На один реактор приходится около 220 000 гальки, подобно шарикам жевательной резинки в автомате. Когда галька выходит из нижней части реактора, если энергия остаётся, она возвращается наверх для повторного прохода. Каждый из них может быть использован примерно шесть раз. X-energy также планирует производить топливные продукты для других перспективных реакторов.

Национальная лаборатория предоставляет X-energy свой опыт, исследования и высокотехнологичное оборудование для анализа, а также будет проводить оценку образцов, как и некоторые университеты. Другие образцы находятся в архиве. По словам Брауна, Национальная лаборатория Айдахо получила партию для своего усовершенствованного испытательного реактора.

Критики строительства большего количества ядерных реакторов утверждают, что это слишком дорого и рискованно, чем другие источники энергии с низким уровнем выбросов углерода.

«Без существенного снижения затрат на строительство предотвращенные выбросы парниковых газов не окупятся», — сказал Дэвид Кемп, аналитик Cato Institute.

Кемп заявил, что поставленная Трампом цель увеличить мощность в четыре раза за 25 лет нереалистична, поскольку это означало бы строительство ядерных реакторов быстрее, чем когда-либо. В США нет действующих в коммерческих целях реакторов нового поколения, и только два новых крупных реактора были построены с нуля за почти 50 лет. Эти два, на АЭС в Джорджии, были завершены на несколько лет позже запланированного срока и как минимум на 17 миллиардов долларов больше запланированного.

Многие реакторы следующего поколения будут использовать высокопробный низкообогащённый уран. Это топливо обогащено до более высокого уровня, чем топливо традиционных крупных ядерных реакторов, что позволяет новым реакторам работать дольше и эффективнее, занимать меньше места и производить меньше отходов, сообщает Министерство энергетики США .

В настоящее время в США его производят мало.

В настоящее время только Россия и Китай обладают инфраструктурой для производства больших объёмов высокопробного низкообогащённого урана. В США компания Centrus Energy в конце 2023 года произвела первые в стране 20 килограммов высокопробного низкообогащённого урана за более чем 70 лет , продемонстрировав возможность производства ограниченных объёмов для коммерческих реакторов.

По данным Министерства энергетики, главным выводом из указов Трампа является необходимость «увеличить» внутреннее производство ядерного топлива, чтобы снизить зависимость от иностранных источников и обеспечить в долгосрочной перспективе расширение американской ядерной энергетики.

Бенджамин Хольцман, директор по новым ядерным технологиям в отраслевой ассоциации Института ядерной энергии, заявил, что, по его мнению, топливо будет готово для нового поколения американских ядерных реакторов, необходимых для удовлетворения растущего спроса на электроэнергию, — если сейчас будут приняты правильные меры.

Генеральный директор X-energy Джей Клей Селл заявил, что надеется помочь решить проблему с топливом, чтобы она не тормозила разработку новых реакторов. Министерство энергетики выделило X-energy финансирование. Amazon также инвестировала в X-energy, и они совместно работают над вводом в эксплуатацию более 5 гигаватт новых энергетических проектов в США к 2039 году.

X-energy — единственная компания, подавшая заявку в Комиссию по ядерному регулированию США на получение лицензии на строительство нового производственного предприятия по переработке обогащенного урана в топливные продукты для ядерных реакторов. По данным Комиссии по ядерному регулированию США, другой заявитель запросил внесение изменений в действующую лицензию на производство топлива для современных реакторов. Ещё около пяти компаний сообщили Комиссии по ядерному регулированию США о своей заинтересованности в производстве топлива для современных реакторов.

Пилотная лаборатория X-energy в Национальной лаборатории начала работу в 2016 году. Сейчас компания располагает 100 акрами земли в Ок-Ридже и расширяет свой комплекс по производству ядерного топлива.

Президент TRISO-X Джоэл Дулинг заявил, что первый завод может быть введен в эксплуатацию к концу 2027 или началу 2028 года и при полной загрузке сможет собирать достаточное количество топливных шаров для питания 11 реакторов нового поколения; второй — к концу 2029 года, его мощность будет в четыре раза больше.

«Я пережил два или три „ядерных ренессанса“», — сказал Дулинг. «Это не ренессанс. Это переломный момент».

___

Макдермотт вел репортаж из Провиденса, штат Род-Айленд.

___

Освещение вопросов климата и окружающей среды агентством Associated Press финансируется несколькими частными фондами. Associated Press несёт исключительную ответственность за весь контент. Ознакомиться со стандартами Associated Press по работе с благотворительными организациями, списком спонсоров и финансируемыми территориями можно на сайте AP.org .