Вид готового реактора проекта "Гермес". Всего персонала потребуется лишь 55 сотрудников.
Проект "Гермес" знаменует собой первый после длительного перерыва опыт строительства жидкосолевого реактора в Соединенных Штатах. Этот уникальный реактор отличается от аналогов, созданных в других странах, принципиально иной конструкцией: здесь используется соль исключительно для охлаждения, а не в качестве среды, содержащей ядерное топливо.
Экспериментальные установки подобного типа появились ещё в 1960-е годы прошлого века. Тогда соль применялась для хранения и переработки топлива, позволяя оперативно заменять отработанное топливо новым непосредственно в процессе эксплуатации реактора. Высокая рабочая температура солевого раствора позволяла достичь КПД значительно выше, чем у традиционных водоводяных реакторов того периода. К тому же давление внутри таких установок было относительно низким, порядка одной атмосферы, что существенно упрощало конструкцию реактора.
Тем не менее, первоначальная версия технологии столкнулась с серьёзными проблемами. Использование соли в сочетании с активным ядерным топливом приводило к высокому уровню корозии компонентов системы, появлению индуцированной радиоактивности в оборудовании за пределами активного ядра, выделению большого количества трития, который усугублял проблему коррозионного воздействия.
Американская компания Kairos Power решила кардинально пересмотреть эту технологию, предложив новую схему реактора "Гермес". Здесь активное топливо не растворяется в жидкости, а помещается внутрь специальных капсул TRISO ("три-изо"). Эти капсулы представляют собой крошечные сферические частицы, содержащие оксид урана, покрытые несколькими слоями материалов, защищающих ядро от повреждений.
На изображении ниже представлена структура такой сферы TRISO.
Топливо взаимодействует с теплоносителем через замедление тепловых нейтронов графитом, благодаря чему осуществляется цепная реакция деления. Однако данная конструкция ограничивает возможности применения быстрого спектра нейтронов, необходимого для размножения расщепляющегося материала (например, плутония из U-238).
Хотя новая технология лишила себя некоторых перспектив, присущих традиционным жидкосолевым реакторам, она также имеет преимущества. Например, отсутствие топлива в окружающей корпус солевой среде снижает уровень излучения и риск образования радиоактивных веществ, таких как теллур, вызывающий трещины в металле стенок реактора.
Рабочая жидкость, выходящая из активной зоны, поступает в специальный теплообменник, где передает тепловую энергию другому типу соли, вероятно, основанному на нитратах. Эта вторичная соль, нагретая примерно до +585°C, направляется далее для нагрева воды, используемой в парогенераторах. Благодаря такому процессу теоретически ожидается повышение эффективности выработки энергии до уровня ~45%, тогда как стандартные водо-водяные реакторы обеспечивают КПД не выше 35%, а натрий-калиевые реакторы — не более 40%.
Демонстрационная установка "Гермес" должна начать работу в 2027 году. Несмотря на её небольшие размеры и отсутствие производства электроэнергии, создатели намерены убедиться в устойчивости новой концепции перед масштабным внедрением. Планируется, что к началу следующего десятилетия начнется массовое производство модульных версий реакторов мощностью около 145 МВт.
Финансирование проекта складывается из собственных инвестиций компании ($100 млн.) и поддержки Министерства энергетики США ($300 млн.). Критики отмечают, что концепция обладает ограниченными преимуществами: отсутствие способности сжигать проблемные компоненты отходов (минорнные актиниды) и невозможность выступать размножающим реактором. Тем не менее, существенным преимуществом является повышенная эффективность преобразования тепловой энергии в электричество, обусловленная высокими рабочими температурами активной зоны.
Несмотря на потенциальные риски, связанные с коррозией и необходимостью поддержания высоких рабочих температур, новая конструкция обещает снижение стоимости изготовления и эксплуатации реакторов благодаря облегченной конструкции корпуса и уменьшению размеров станций.
Таким образом, проект "Гермес" представляет собой смелый шаг вперед в развитии ядерной энергетики, сочетая инновационную идею жидкосолевых технологий с проверенными решениями, направленными на повышение надежности и экономичности будущих атомных электростанций.