Inginerii chinezi au creat primul reactor nuclear mare de generaţia a 4-a cu neutroni rapizi, cu un randament fascinant şi cu recirculare de combustibil

Inginerii chinezi au dezvăluit acum designul complet al primului reactor nuclear din lume de generaţia a 4-a cu neutroni rapizi, de scara gigawaţilor, cu un randament fascinant şi cu recirculare de combustibil, numit CFR-1000 şi creat de CNNC, instituţia de stat responsabilă de dezvoltări în domeniul energiei nucleare şi institutele aferente ei. Toate astea sună ca un conglomerat de noţiuni tehnice greu de perceput la adevărata valoare din prima, dar noi le vom explica în termeni clari, pas cu pas mai jos, pentru că ceea ce aduce noul reactor e un salt imens de siguranţă şi randament în energia nucleară, bazată pe tehnologia cunoscută şi relativ sigură a fisiunii nucleare.

Imagine simbol

Chinezii au creat primul prototip la scară mică al acestui reactor încă în 2010. De atunci, prototipul mic a funcţionat şi a fost testat, iar chinezii şi-au creat întreg lanţul de producţie a tuturor componentelor şi a combustibilului pentru acest reactor, astfel încât acum să creeze designul lui final, de serie la scara unei puteri uriaşe de 1.200 MWe, sau 1,2 GWe. Deci, vorbim de un reactor care a ajuns deja la maturitatea unui design de serie, iar de aici încolo are de trecut prin certificări şi verificări, pentru ca în următorii ani să înceapă producţia şi instalarea acestui nou tip de reactor în mai multe centrale nucleare din China.

Ceea ce face din acest reactor o premieră mondială e combinaţia de a fi de generaţia a 4-a, de a funcţiona pe principiul de neutroni rapizi, de a avea un randament uimitor şi de a recircula combustibilul folosit într-o măsură mare, minimizând deşeurile nucleare produse.

Deci, dacă ar fi să-l analizăm doar din perspectiva funcţionării sale pe principiul de neutroni rapizi, el e primul de scară mare pentru China, dar nu şi primul din lume. În 1980, URSS a lansat primul reactor nuclear cu neutroni rapizi, numit BN-600, care mai funcţionează până în prezent, la 600 MWe putere. Ulterior, în 2016, Rusia a mai lansat o versiune evoluată, numită BN-800, care are 880 MWe.

Foto: Construcţie reactor BN-800

În 1986 şi Franţa a lansat un reactor pe baza aceluiaşi principiu, numit Superphenix şi a făcut-o mult mai târziu decât URSS, deşi decizia de a-l construi fusese luată în 1974, din cauza multiplelor acte de sabotaj la construcţia sa, inclusiv o rachetă care a ajuns la şantierul construcţiei, fiind trasă dintr-un lansator la purtător. Numele Superphenix venea de la ideea avansată de a refolosi combustibilul, exact cum pasărea Phoenix renaşte din propria cenuşă. E şi principiul pe care-l foloseşte acum şi reactorul chinezesc. În anul următor de după inaugurare, reactorul francez a avut deja primul incident, cu scurgere de sare topită, fiind oprit şi apoi repornit, dar în cele din urmă el a fost transformat în obiect de studiu şi ulterior oprit total. Şi cam aici s-au oprit construcţiile unor asemenea reactoare în lume.

Reactorul rusesc BN-800 de astăzi are funcţia de reutilizare parţială a combustibilului, dar ea e limitată. Şi acel reactor e de generaţia a III-a, având nevoie de răcire activă, într-un circuit ce trebuie menţinut cu energie. Pe deasupra, randamentul său de utilizare a combustibilul e doar cu circa 20% mai mare decât un reactor standard. În unităţi exacte, asta înseamnă 60 GWd/t pentru BN-800 , faţă de 50 GWd/t la un reactor obişnuit. Unitatea de măsură GWd/t înseamnă gigawaţi-zile de energie dintr-o tonă de combustibil nuclear, însă ea ia în calcul energia totală, termică, produsă de reactor, din care doar circa 33% sunt transformare în electricitate.

Foto: Reactorul BN-800

Ei bine, aici revenim la reactorul chinezesc CFR-1000 şi la marele salturi aduse de el. Ceea ce-l califică drept unul de generaţia a 4-a e faptul că acesta are răcire masivă, în interiorul unui rezervor, iar căldura generată e disipată natural. Asta înseamnă că nu e nevoie de un circuit de răcire activ, şi în cazul unei opriri de avarie reactorul pur şi simplu încetineşte şi opreşte total în siguranţă, chiar dacă nu există o sursă externă de alimentare pentru a-i menţine răcirea. Ca şi toate celelalte reactoare cu neutroni rapizi, menţionate mai sus, răcirea are loc cu sodiu lichid, doar că aici circuitul e pasiv şi modul e funcţionare al reactorului, cu o recirculare mai mare a combustibilului, dă un randament mai mare şi o disipare de căldură suficient de mică încât să poată fi menajată natural.

Caracteristica de a opera cu neutroni rapizi vine de la faptul că circulaţia acestora e lăsată la un grad mare de mişcare în flux, ceea ce măreşte viteza şi randamentul procesului de fisiune. Iar asta permite recircularea combustibilului utilat şi transformarea lui în combustibil reutilizabil, scoţându-se mult mai multă energie din acelaşi combustibil iniţial. Acum o săptămână scriam despre ingineri francezi care au creat un reactor ce poate funcţiona până la 20 de ani fără realimentare, folosind deşeuri nucleare de la alte centrale, în special uraniu-238, care se transformă în interior în uraniu-239, după care se transformă în neptuniu-239 şi la final plutoniu-239, care e din nou un combustibil bun de utilizat. Ei bine, aici e folosit acelaşi principiu, doar că iniţial combustibilul primar nu e un deşeu nuclear, ci sunt refolosite deşeurile rezultate ulterior şi totul se întâmplă în circuite mai rapizi, cu alte materiale la start.

În cazul noului reactor CFR-1000, chinezi au mers cel mai departe şi au creat combustibil pe bază de Uraniu, Plutoniu şi Zirconiu, pe care spun că-l pot produce complet singuri. După ce combustibilul nou ajunge uraniu-238, calea către plutoniu-239 e similară şi aceşti atomi se alătură constant altor noi din combustibilul nou. E şi mai curios să reactorul chinezesc are cea mai mare rată de regenerare dintre toate reactoarele de acest tip de până acum, de peste 1,2, ceea ce înseamnă că se generează în mediu mai mulţi atomi de combustibil reciclat, decât cei consumaţi din combustibilul nou. Asta ar însemna că teoretic reactorul ar putea să nu mai fie alimentat toţi cei 40 de ani de operare pe care-i are preconizaţi, însă la modul practic recircularea dă şi impurităţi în timp, aşa că surplusul e eliminat treptat. Şi cel mai probabil acest reactor va trebui oricum realimentat cu combustibil nou cel puţin de câteva ori în durata sa de viaţă. Însă chinezii nu anunţă exact durata ciclului de alimentare deocamdată.

Reactorul chinezesc are şi un randament termic mai mare, de 41%, ceea ce înseamnă că 41% din energia termică pe care o generează devine electricitate. Iar gradul de utilizare a combustibilului, datorită recirculării, va fi mult mai mare. Experimentele cu prototipul, care foloseau combustibil mai simplu, indicat deja 150 GWd/t, deci de 3 ori mai mult decât reactoarele standard, iar din această energie termică se extrage cu 24% mai multă electricitate. Deci, avea un randament final de minim 3,75 ori mai mare decât un reactor obişnuit actual.

Însă marea enigmă se mai ascunde şi în acest combustibil nou, care ar garanta o refolosire mult mai îndelungată şi pură, şi deci un randament şi mai mare. Dacă pe baza prototipului iniţial se obţinea 3,75x randament, atunci noul combustibil, pe care celelalte reactoare cu neutroni rapizi nu-l folosesc, ar putea duce creşterea de randament la un ordin şi mai mare. Un om de ştiinţă din China sugerează chiar că ar putea fi vorba de 60x, însă cifra pare prea optimistă până la alte dovezi care să o susţină. Chiar dacă am vorbi de 3,75-5,0x randament, asta înseamnă că dintr-o tonă de combustibil se va produce de minim 3,75-5 ori mai multă electricitate. Iar asta înseamnă un impact enorm în costuri şi eficienţă la scară mare.

Chiar şi cifra oarecum confirmată experimental prin prototipuri, de a avea de 3,75 ori mai multă electricitate din aceeaşi cantitate de combustibil nuclear, e deja una în măsură să schimbe absolut radical industria nucleară a Chinei şi a lumii. Or, dacă reactorul BN-800 din Rusia dă doar +20% randament faţă de unul obişnuit, atunci CFR-1000 va da minim +275% faţă de aceeaşi comparaţie, posibil chiar până spre +400%. Deci, o diferenţă uriaşă!

Iar ca să înţelegem cât de mare e miza Chinei pe acest nou reactor acum, la dezvăluirea designului final, chinezii au format trei noi entităţi de stat, pentru a implementa în practică această nouă direcţie a energiei nucleare din ţara lor, dedicată acestui tip de reactor cu neutroni rapizi — un institut de cercetări avansate nucleare, care va dirija procedurile de testare, omologare şi certificare şi toate aspectele ştiinţifice pentru alte centrale, o nouă companie de stat numită Xiapu Nuclear Power, care va încorpora viitoare centrale nucleare de acest tip şi o nouă divizie dedicată energiei nucleare pe baza neutronilor rapizi în Societatea Nucleară Chineză, pentru împărtăşirea experienţei şi cu noi generaţii de profesionişti care vin în această industrie.

Iar toate astea ne spun clar că cifrele acestui nou reactor arată excepţional de bine, iar chinezii şi-au stabilit deja planuri imense pentru multe centrale viitoare cu această tehnologie.