Reaktor torowy z drukarki 3D? Ampera pokazała moduł, ale prądu jeszcze nie ma

• Ampera pokazała pełnowymiarowy moduł reaktora, ale nie działające źródło energii. Konstrukcja nie ma paliwa i nie produkuje prądu.
• Projekt ma wykorzystywać druk 3D, tor i paliwo TRISO. To wciąż wymaga testów, licencji i potwierdzenia bezpieczeństwa.
• Docelowo mikroreaktor ma zasilać m.in. centra danych i przemysł. Największe pytania dotyczą kosztów, niezawodności i terminu komercjalizacji.

Amerykańska firma Ampera zaprezentowała w Palm Beach Gardens na Florydzie pełnowymiarowy moduł obejmujący rdzeń i zbiornik reaktora, wykonany z wykorzystaniem technologii druku 3D. Spółka zapowiada, że rozwiązanie ma w przyszłości zasilać między innymi centra danych, zakłady przemysłowe, obiekty wojskowe i jednostki morskie.

Nie jest to jednak działający reaktor ani gotowa elektrownia. Pokazany element nie został napełniony paliwem, nie prowadzi reakcji rozszczepienia i nie produkuje energii elektrycznej. Na obecnym etapie należy więc mówić o prototypie konstrukcyjnym i demonstracji możliwości produkcyjnych, a nie o uruchomieniu nowego źródła energii.

Firma pokazała konstrukcję, nie pracujący reaktor

Według informacji przedstawionych przez Amperę moduł składa się z rdzenia oraz zbiornika ciśnieniowego wykonanego z węglika krzemu. Technologia addytywna ma umożliwiać produkowanie skomplikowanych kształtów, które byłyby trudne lub kosztowne do wykonania tradycyjnymi metodami.

Dotyczy to między innymi gyroidalnej struktury rdzenia, czyli przestrzennej geometrii złożonej z połączonych kanałów. Firma zakłada, że taka budowa zwiększy powierzchnię wymiany ciepła i ułatwi jego odprowadzanie, ale rzeczywiste działanie rozwiązania musi zostać potwierdzone w testach prowadzonych w warunkach odpowiadających pracy reaktora.

Druk 3D ma także wspierać produkcję seryjną. Zamiast budować każdy obiekt jako osobny projekt infrastrukturalny, Ampera chce wytwarzać powtarzalne moduły w fabryce, a następnie dostarczać je na miejsce instalacji.

Co oznacza reaktor podkrytyczny?

Ampera opisuje projekt jako reaktor podkrytyczny. Oznacza to, że układ nie ma samodzielnie podtrzymywać reakcji łańcuchowej, lecz potrzebuje zewnętrznego źródła neutronów.

Wyłączenie takiego źródła powinno zatrzymać dalsze podtrzymywanie rozszczepienia, co może ułatwiać kontrolowanie pracy urządzenia. Nie rozwiązuje jednak wszystkich problemów bezpieczeństwa, ponieważ nadal potrzebne są systemy odprowadzania ciepła, osłony radiologiczne, kontrola paliwa i procedury postępowania w stanach awaryjnych.

Zewnętrzne źródło neutronów staje się jednocześnie dodatkowym elementem instalacji. Musi działać wystarczająco niezawodnie, aby reaktor mógł dostarczać energię w sposób ciągły, a jego konstrukcja i sposób sterowania będą wymagały oceny regulatora.

Tor nie jest gotowym paliwem reaktorowym

Firma wiąże projekt z wykorzystaniem toru, ale samo określenie „reaktor torowy” nie wyjaśnia całego cyklu paliwowego. Tor-232 nie jest materiałem rozszczepialnym w taki sposób jak uran-235.

Po pochłonięciu neutronu może zostać przekształcony w uran-233, który jest już materiałem rozszczepialnym. W praktyce oznacza to konieczność zaprojektowania sposobu rozpoczęcia reakcji, dostarczania neutronów, przygotowania paliwa oraz zarządzania powstającymi izotopami.

Ampera informuje również o wykorzystaniu paliwa TRISO. Cząstki tego typu składają się z niewielkiego jądra paliwowego otoczonego warstwami materiałów węglowych i ceramicznych, których zadaniem jest zatrzymywanie produktów rozszczepienia.

Amerykański Departament Energii wskazuje, że paliwo TRISO wykazuje wysoką odporność na promieniowanie, korozję i wysoką temperaturę. Właściwości samego paliwa nie zwalniają jednak producenta reaktora z konieczności przeprowadzenia kwalifikacji całego układu dla konkretnego projektu i warunków pracy.

Centra danych potrzebują stabilnego źródła energii

Ampera kieruje projekt przede wszystkim do odbiorców potrzebujących energii przez całą dobę. Wśród potencjalnych klientów wymienia operatorów centrów danych AI, przemysł, sektor obronny i transport morski.

Docelowa moc kompletnego systemu ma wynosić około 30 MW energii elektrycznej. Taka jednostka byłaby znacznie mniejsza od klasycznej elektrowni jądrowej, ale mogłaby odpowiadać zapotrzebowaniu wybranego zakładu przemysłowego lub centrum danych.

Mikroreaktory są rozwijane właśnie z myślą o zastosowaniach lokalnych i miejscach, w których dostęp do sieci jest ograniczony. Departament Energii definiuje je jako konstrukcje fabryczne i transportowalne, choć większość projektów znajduje się nadal na etapie rozwoju, testów lub licencjonowania.

• Zobacz również: Google inwestuje w fuzję jądrową. Niemiecki stellarator ma pomóc zasilić erę AI

Najtrudniejszy etap dopiero przed Amperą

Według harmonogramu przekazanego mediom Ampera chce około 2027 roku oferować część systemu energetycznego bez modułu jądrowego. Sam moduł reaktora miałby być dostępny w okolicach 2030 roku, pod warunkiem uzyskania wymaganych zgód regulacyjnych.

Przed rozpoczęciem komercyjnej pracy firma musi wykazać między innymi niezawodność źródła neutronów, skuteczność odprowadzania ciepła, możliwość produkcji i kwalifikacji paliwa oraz bezpieczeństwo wydrukowanych elementów. Potrzebne będą również dane o kosztach budowy, serwisowania i wytwarzania energii.

Na razie nie wiadomo, ile miałby kosztować pojedynczy moduł ani jaka byłaby cena wyprodukowanej przez niego megawatogodziny. Nie przedstawiono także wyników długotrwałych testów systemu z paliwem oraz pełnej dokumentacji procesu licencjonowania.

Prezentacja pełnowymiarowego modułu jest etapem rozwoju technologii, ale nie dowodem jej gotowości do komercyjnego zastosowania. W energetyce jądrowej najważniejszym testem nie jest wykonanie konstrukcji, lecz jej bezpieczna, licencjonowana i ekonomicznie uzasadniona praca przez wiele lat.

Źródła: Ampera, World Nuclear News.
Zdjęcie główne: Ampera.