Ядерные отходы, которые останутся опасными тысячи лет. Уран, который используется всего лишь на один процент. Традиционная атомная энергетика десятилетиями несёт с собой эти две нерешённые проблемы. В 2027 году Китай намерен запустить установку, которая исправит ситуацию. И сделает это с помощью протонной пушки.

Речь идёт о CiADS (China Initiative Accelerator Driven System — Китайская инициативная ускорительно-управляемая система) — строящейся в городе Хуэйчжоу провинции Гуандун атомной установке принципиально нового типа. Она станет первым в мире мегаваттным подкритическим реактором с ускорительным управлением. Пока ни одна страна мира не построила ничего подобного в промышленном масштабе.

Обычный реактор работает на самоподдерживающейся цепной реакции: нейтроны делят атомы урана, те выделяют новые нейтроны, и так по кругу. Управление происходит через стержни-поглотители (вводят в реактор поглощающие нейтроны материалы, тем самым уменьшая число свободных нейтронов и снижая мощность реакции), но всегда присутствует риск аварии и начала неконтролируемого разгона процесса, именно это случилось в Чернобыле и Фукусиме.

CiADS работает иначе. Сверхпроводящие линейные ускорители разгоняют протоны до скорости 0,8 от световой и направляют их в жидкий сплав свинца и висмута. Это порождает мощный поток нейтронов, которые и «поджигают» реактор. Сам реактор при этом работает в подкритическом режиме, то есть цепная реакция в нём самостоятельно не поддерживается. Отключи ускоритель и реакция немедленно прекращается. Чернобыльский сценарий тут попросту невозможен по конструкции.

В качестве бонуса поток нейтронов превращает уран-238, который в обычных реакторах считается отходом, в плутоний-239 — полноценное ядерное топливо. «Мусор» становится ресурсом. По заявлениям разработчиков, система сжигает уран в 100 раз эффективнее традиционных реакторов.

Долгоживущие радиоактивные изотопы (актиниды, которые в традиционной схеме остаются опасными сотни тысяч лет) реактор трансмутирует (превращает) в короткоживущие. Срок опасного существования ядерных отходов сокращается до менее чем тысячной доли нынешнего. Если сегодня хранилище отходов нужно охранять 300 000 лет, то с CiADS-технологией речь идёт о нескольких веках, что, конечно, тоже немало.

Выглядит намного более привлекательно, чем традиционная атомная энергетика. Только есть одно очень большое «но». Построить такое реактор невероятно сложно. Необходим линейный ускоритель протонов длиной 350 метров, сверхпроводящие магниты, высокомощная мишень из жидкого свинцово-висмутового сплава, пассивная система теплоотвода. Всё это должно работать как единый комплекс. Каждый из этих элементов по отдельности — сложный инженерный объект, вместе — головная боль специалистов Поднебесной.

Концепция ускорительно-управляемых систем существует с 1980-х годов, но ни одной коммерческой установки в мире до сих пор нет. Китай начал целенаправленные исследования в 2011 году, а в 2021-м создал прототип, который первым в мире достиг мощности промышленного уровня.

Свинцово-висмутовый теплоноситель — материал специфический: коррозионный, а сам висмут под нейтронным облучением становится радиоактивным полонием-210. Это делает техническое обслуживание нетривиальной задачей.

Китай планирует потратить $440 миллиардов до 2035 года на строительство как минимум 150 новых ядерных реакторов. CiADS — часть более широкой стратегии: страна параллельно развивает реакторы третьего и четвёртого поколения, тестирует малые модульные реакторы. Ядерная энергетика здесь рассматривается как фундамент для питания дата-центров ИИ, промышленности и электротранспорта.

На фоне этих инвестиций США выглядят скромно: По оценкам, с 2009 года Министерство энергетики США выделило менее $900 миллионов на улучшение ядерной инфраструктуры. Европа балансирует между «атомным ренессансом» и политическими противоречиями.