Компания «Шэньцзюй» представила проект гибридного реактора синтез-деление сферического токамака «Цзиньу-1»

Компания «Шэньцзюй (Сычуань) Ядерная Энергетика» представила проект первого поколения установки “Цзиньу-1”, предполагающий использование технологической схемы гибридного реактора синтез-деление на основе сферического токамака, где компактный термоядерный нейтронный источник приводит в действие подкритическую ядерную энергосистему, обеспечивая такие функции, как усиление энергии, воспроизводство топлива и трансмутация долгоживущих нуклидов.

Согласно проекту, «Цзиньу-1» принимает термоядерную мощность порядка 50 МВт в качестве базовой линии концептуального проектирования, используя высокотемпературные сверхпроводящие магниты, сменную центральную колонну и модульную подкритическую ядерную зону. Большой радиус его термоядерного ядра составляет около 1,5 метра, а целью является вывод термоядерной нейтронной мощности около 40 МВт с энергией 14,1 МэВ для использования в качестве промышленного нейтронного источника.

В системном проектировании «Цзиньу-1» усиливает энергию термоядерных нейтронов через подкритический бланкет деления. В проекте предлагается, что коэффициент умножения тепловой мощности ядра составляет около 15, и термоядерная нейтронная мощность 40 МВт может обеспечить тепловую мощность ядерного происхождения около 600 МВт; с учетом тепла, выделяемого при осаждении термоядерных α-частиц, общая тепловая мощность ядерной установки составляет около 610 МВт. При оценке с коэффициентом преобразования тепловой энергии в электрическую от 35% до 40%, это соответствует валовой электрической мощности около 210–240 МВт.

Подкритическая ядерная зона данной схемы принимает модульную компоновку по секциям, проектирование ведется вокруг воспроизводства трития, воспроизводства ядерного топлива, трансмутации младших актинидов и управления долгоживущими продуктами деления. Литийсодержащая зона воспроизводства предполагает использование реакции захвата нейтронов литием-6 для воспроизводства трития, с проектным коэффициентом воспроизводства трития не менее 1,15; зоны с ураном-238 и торием-232 могут использоваться для преобразования в делящиеся нуклиды, такие как плутоний-239 и уран-233; кроме того, высокоэнергетические нейтроны 14,1 МэВ и спектр быстрых нейтронов могут использоваться для обработки долгоживущих младших актинидов, таких как нептуний-237 и америций-241, а также может быть сконфигурирована специальная мишенная оснастка для обработки таких нуклидов, как технеций-99 и йод-129.

В аспекте проектирования безопасности ядерная зона «Цзиньу-1» поддерживает подкритическое состояние с эффективным коэффициентом размножения менее 1, а мощность деления зависит от внешнего термоядерного нейтронного источника. Согласно проекту, при снижении или прекращении мощности нейтронного источника мощность деления будет соответственно снижаться. На этой основе установка также будет оснащена независимыми системами останова, отвода остаточного тепла, удержания радиоактивных веществ, защиты от трития и многобарьерными инженерными системами ядерного класса.

Планирование проекта осуществляется в четыре этапа: “концептуальное проектирование — ключевая верификация — проверка плазмы — комплексная демонстрация”. На первом этапе завершается единая проектная точка гибридного реактора сферического токамака мощностью 50 МВт, цифровой прототип и раскладка ключевых объектов интеллектуальной собственности; на втором этапе проводятся испытания прототипов высокотемпературных сверхпроводящих магнитов, центральной колонны и компонентов с высокой тепловой нагрузкой; на третьем этапе сооружается термоядерная основная установка и проводятся испытания стабильной, воспроизводимой работы плазмы; на четвертом этапе завершается сопряжение подкритической ядерной зоны с теплотехническими системами и системами безопасности, обеспечивая стабильный ядерный тепловой и электрический выход.

Согласно проектным данным, общий объем инвестиций в экспериментальный реактор «Цзиньу-1» составляет около 6,6 млрд юаней, планируемая площадь земельного участка — 130 му, пиковое потребление электроэнергии — около 160 МВА, а ввод в эксплуатацию с демонстрацией выработки электроэнергии планируется около 2030 года. В компании «Шэньцзюй Ядерная Энергетика» заявили, что проект будет опираться на промышленные ресурсы Сычуани в области ядерных научных исследований, ядерного инженерного проектирования и производства оборудования ядерного класса для продвижения инженерии термоядерного синтеза и верификации передовых ядерных энергосистем.