Tumaenerģijas attīstība vairs neaprobežojas tikai ar jauniem reaktoru tipiem vai uzlabotām drošības sistēmām. Jau vairākas desmitgades reaktora aktīvais zonējums izskatās gandrīz vienādi – cieši kopā izvietoti, taisni kurināmā stieņi. Tieši šo šķietami nemainīgo elementu zinātnieki nolēma izvērtēt no jauna.
Tradicionālās kurināmā formas ierobežojumi
Aidaho Nacionālās laboratorijas pētnieki pamanīja, ka tradicionālā cilindriskā kurināmā forma var ierobežot visas sistēmas efektivitāti. Viņi meklēja veidu, kā uzlabot siltuma pārnesi, nemainot pašas kodolreakcijas būtību. Tā vietā, lai turpinātu ar ierastajiem nelielajiem uzlabojumiem, tika izvēlēta daudz radikālāka pieeja.
Iedvesma tika smelta dabā, kur struktūras bieži ir vieglas, bet vienlaikus izturīgas un ar ļoti labām siltumvadāmības īpašībām. Kaulu iekšējā uzbūve, tauriņu spārni un jūras ežu čaulas pakļaujas līdzīgai matemātiskai loģikai. Šo loģiku apraksta tā dēvētās trīskārt periodiskās minimālās virsmas (TPMS, angļu val. triply periodic minimal surfaces).
Jums varētu patikt šie:
No dabas iedvesmota kurināmā ģeometrija
Zinātnieki izstrādāja jaunu koncepciju INFLUX, kuras pamatā nav kurināmā ķīmiskā sastāva maiņa, bet gan pilnīgi citāda saskares virsma starp kurināmo un dzesēšanas vidi. Gludo stieņu vietā tiek veidots viegls, telpiski izliektu kanālu tīkls. Pa šiem kanāliem plūstošais dzesēšanas šķidrums rada vairāk noderīgu virpuļu.
Šāda forma būtiski palielina siltumapmaiņas virsmu. Tāpēc tas pats šķelšanās materiāla daudzums spēj nodot dzesēšanas lokam ievērojami vairāk enerģijas. Citiem vārdiem sakot, reaktora jauda pieaug jau tikai labākas siltuma aizvadīšanas dēļ.
Kā tas kļuvis iespējams?
Agrāk šādas sarežģītas ģeometrijas nebija iespējams pietiekami precīzi un lēti izgatavot no materiāliem, kas derīgi kodolenerģētikā. Situāciju ir mainījušas 3D drukāšana un karstā izotermiskā presēšana. Šīs tehnoloģijas ļauj veidot precīzas, izturīgas un smalkas režģstruktūras.
Eksperimenti parādīja, ka INFLUX kurināmais vada siltumu aptuveni trīs reizes efektīvāk nekā parastie kurināmā stieņi. Pārbaudēs tika izmantoti dažādi dzesēšanas līdzekļi – gan gāzes, gan šķidrumi –, un rezultāti visos gadījumos bija līdzīgi.
Aidaho Nacionālās laboratorijas pētnieks Nikolā Vūlstenhūms uzsver, ka šāds lēciens tieši palielina kurināmā elementa jaudas blīvumu. Tas nozīmē labāku reaktora ekonomiku un lielāku saražotās enerģijas daudzumu no tā paša aktīvās zonas tilpuma. Vienlaikus samazinās risks sasniegt bīstami augstu temperatūru.
Jums varētu patikt šie:
Režģveida struktūra ļauj kurināmo veidot plānāku un darboties zemākās temperatūrās. Tādējādi mazinās termiskās spriedzes un potenciālā materiāla noguruma problēmas. Turklāt šī forma ierobežo neitronu “aizplūšanu” no aktīvās zonas, tāpēc kurināmais tiek izmantots daudz pilnīgāk.
Ceļš līdz reāli darbojošiem reaktoriem
Tomēr ceļš no prototipa līdz komerciālai izmantošanai būs garš. Lielākie izaicinājumi ir masveida ražošana un ilgtermiņa uzticamības pārbaude reālos apstākļos. Visticamāk, šī tehnoloģija vispirms tiks ieviesta mikroreaktoros un gāzveida dzesēšanas reaktoros.
Ja tehnoloģiskos un ekonomiskos šķēršļus izdosies pārvarēt, no dabas aizgūtā kurināmā forma varētu dot kodolenerģijai jaunu impulsu. Tas būtu veids, kā palielināt jaudu un vienlaikus uzlabot drošību, nemainot kodolfizikas pamatprincipus – pietiek izmainīt kurināmā formu.
