Գյումրին լուսավորող «ավտոբուս» և «արհեստական փոքր արև». ատոմային էներգիայի նոր դարաշրջան

Ատոմային էներգետիկան մեծ փոփոխությունների է ենթարկվում: Այսօր կխոսենք երկու հետաքրքիր նոր տեխնոլոգիաների մասին, որոնք կարող են հեղափոխություն առաջացնել էներգետիկ ոլորտում:

1. Փոքր մոդուլային ռեակտոր (ՓՄՌ) կամ «ատոմային ավտոբուս». 

Այս ՓՄՌ-ները ատոմային էներգիայի նոր, փոքր տարբերակն են:

Հիմնական առանձնահատկությունները՝

1. Չափը. Ավտոբուսի չափի ռեակտոր (մոտ 2.7մ x 12մ):

2. Հզորությունը. Մեկ ՓՄՌ-ն կարող է արտադրել մինչև 60 ՄՎտ էլեկտրաէներգիա, ինչը մոտավորապես բավարար է 50,000 տան համար:

3. Անվտանգությունը. Ունի պասիվ անվտանգության համակարգեր, որոնք գործում են առանց մարդու միջամտության կամ արտաքին էներգիայի:

4. Հեշտ տեղադրում. Կարելի է հավաքել գործարանում և տեղափոխել ամբողջությամբ:

5. Ճկունություն. Հնարավոր է միացնել մի քանի մոդուլ՝ ավելի մեծ հզորություն ստանալու համար:

Որպես հիպոթետիկ օրինակ՝ պատկերացրեք, որ Գյումրին ցանկանում է ունենալ իր սեփական, մաքուր էներգիայի աղբյուրը: Մեկ ՓՄՌ-ն կարող էապահովել քաղաքի էներգիայի պահանջարկի մեծ մասը՝ զբաղեցնելով համեմատաբար փոքր տարածք:

Համեմատություն ավանդական ատոմակայանների հետ. 

ՓՄՌ-ները զբաղեցնում են ավելի քիչ տարածք և ունեն ավելի ցածր կապիտալ ծախսեր: Սակայն նրանք արտադրում են ավելի քիչ էներգիա և դեռևս չունեն երկարաժամկետ շահագործման փորձ:

Միջազգային փորձ. 

Միջազգային փորձի ներքո կներկայացնենք երեք օրինակներ.

1. NuScale Power (ԱՄՆ).NuScale-ը մշակում է 77 ՄՎտ հզորությամբ ՓՄՌ-ներ: Յուրաքանչյուր մոդուլ նախագծված է արտադրելու բավարար էլեկտրաէներգիա մոտ 60,000 տան համար: Ընկերությունը պլանավորում է կառուցել իր առաջին կոմերցիոն կայանը Idaho National Laboratory-ում՝ բաղկացած 6 մոդուլից, ընդհանուր 462 ՄՎտ հզորությամբ: Նախագիծը, որը կոչվում է Carbon Free Power Project, նախատեսվում է գործարկել 2029-ին: NuScale-ի ՓՄՌ-ները աչքի են ընկնում իրենց կոմպակտ չափերով և անվտանգության բարձր մակարդակով՝ շնորհիվ պասիվ հովացման համակարգերի: 

2. «Akademik Lomonosov» (Ռուսաստան). Սա աշխարհում առաջին լողացող ատոմակայանն է: Այն իրենից ներկայացնում է 144 մետր երկարությամբ բարժ, որի վրա տեղադրված են երկու KLT-40S ռեակտորներ՝ յուրաքանչյուրը 35 ՄՎտ հզորությամբ: «Akademik Lomonosov»-ը 2019 թվականից մատակարարում է էլեկտրաէներգիա և ջերմություն Չուկոտկայի Պևեկ քաղաքին: Այս նախագիծը նպատակ ունի ապահովել էներգիա հեռավոր, դժվարամատչելի շրջանների համար, որտեղ ավանդական էներգետիկ ենթակառուցվածքների կառուցումը բարդ է: 

3. HTR-PM ռեակտոր (Չինաստան).Շիդաովանի HTR-PM (High Temperature Reactor-Pebble-bed Module) ռեակտորը համարվում է աշխարհում առաջին առևտրային չորրորդ սերնդի ատոմակայանը: Այն սկսել է գործել 2021 թվականին: HTR-PM-ը բաղկացած է երկու 250 ՄՎտ ջերմային հզորությամբ ռեակտորներից, որոնք միասին արտադրում են 210 ՄՎտ էլեկտրական հզորություն: Այս ռեակտորն օգտագործում է գնդաձև վառելիքային տարրեր և հելիումով հովացում, ինչը թույլ է տալիս հասնել բարձր անվտանգության և արդյունավետության: 

Այս երեք օրինակները ցույց են տալիս ՓՄՌ տեխնոլոգիայի բազմազանությունը և կիրառելիությունը տարբեր պայմաններում՝ սկսած ցամաքային կայաններից մինչև լողացող էներգետիկ կայաններ:

2. Ջերմամիջուկային սինթեզ կամ «արհեստական փոքր արև». 

Սա ատոմային էներգիայի արտադրման մեկ այլ եղանակ է, որը նմանակում է արևի ներսում տեղի ունեցող պրոցեսները:

Հիմնական առանձնահատկությունները՝

1. Վառելիքը. Օգտագործում է դեյտերիում և տրիտիում՝ ջրածնի իզոտոպներ, որոնք առատ են երկրի վրա:

2. Անվտանգությունը. Ի տարբերություն միջուկային ճեղքման, սինթեզը չի կարող առաջացնել անկառավարելի ռեակցիա:

3. Էկոլոգիական մաքրությունը. Արտադրում է հելիում՝ անվնաս գազ, և չի առաջացնում երկարատև ռադիոակտիվ թափոններ:

4. Էներգիայի արտադրությունը. Տեսականորեն 1 կգ սինթեզի վառելիքը կարող է արտադրել նույնքան էներգիա, որքան 8 տոննա նավթը:

Մարտահրավերները. 

Ջերմամիջուկային սինթեզը դեռևս գտնվում է փորձարարական փուլում: Հիմնական խնդիրներն են պլազմայի երկարաժամկետ պահպանումը և էներգիայի դրական հաշվեկշռի ապահովումը:

Վերջին նվաճումներ. 

2022թ. դեկտեմբերին ԱՄՆ-ի Ազգային բռնկման հետազոտական հաստատությունում (NIF) առաջին անգամ հաջողվեց ստանալ ավելի շատ էներգիա, քան ծախսվել էր ռեակցիան սկսելու համար: Սա էական քայլ է առևտրային մակարդակի ջերմամիջուկային սինթեզի ուղղությամբ:

Հաջողված օրինակ. 

JET (Joint European Torus). փորձարարական ռեակտորը Մեծ Բրիտանիայում 2022 թվականին ռեկորդային քանակությամբ ջերմամիջուկային էներգիա արտադրեց: Այն արտադրեց 59 մեգաջոուլ էներգիա 5 վայրկյանի ընթացքում, ինչը ռեկորդային ցուցանիշ է ջերմամիջուկային սինթեզի պատմության մեջ: Սա գրեթե կրկնակի անգամ գերազանցեց նախորդ՝ 1997 թվականի ռեկորդը: 

JET-ը գտնվում է Կուլհեմում, Օքսֆորդշիրում (Մեծ Բրիտանիա): Այն աշխարհի ամենամեծ և հզոր գործող թոկամակն է (մագնիսական պահման սարք ջերմամիջուկային սինթեզի համար): Ռեակտորն օգտագործում է դեյտերիումի և տրիտիումի խառնուրդ՝ ջրածնի երկու իզոտոպներ, որոնք տաքացվում են մինչև 150 միլիոն աստիճան Ցելսիուս՝ պլազմա ստեղծելու համար:

Ավելին, 2023թ. դեկտեմբերին JET (Joint European Torus) ջերմամիջուկային փորձարարական սարքը սահմանեց նոր համաշխարհային ռեկորդ՝ արտադրելով 69 մեգաջոուլ էներգիա կայուն և վերահսկվող ջերմամիջուկային սինթեզի միջոցով: Այս փորձը մաս էր կազմում ապագա ջերմամիջուկային սարքերի համար գործառնական սցենարների ստուգման արշավի: JET-ը օգտագործում է դեյտերիում-տրիտիում վառելիք, ինչը նման է ITER-ի և ապագա ջերմամիջուկային էլեկտրակայանների նախատեսվող վառելիքին: Այս նվաճումը կարևոր քայլ է ITER նախագծի և ապագա ջերմամիջուկային էլեկտրակայանների զարգացման ուղղությամբ:

Գևորգ Զադոյանը՝ Հայաստանի ազգային պոլիտեխնիկական համալսարանի Էներգետիկայի ինստիտուտի ատոմային էներգետիկա մասնագիտության երկրորդ կուրսի ուսանողը, stemnews.am-ի հետ զրույցում նշեց. «ՓՄՌ-ները և ջերմամիջուկային սինթեզը կարող են հեղափոխություն առաջացնել ոչ միայն Հայաստանի, այլև համաշխարհային էներգետիկ համակարգում: Վերջին տարիներին գիտնականները լուրջ բեկում են արձանագրել այս երկու տեխնոլոգիաների զարգացման մեջ: ՓՄՌ-ները կարող են ապահովել կայուն էներգիա հեռավոր շրջանների համար և նվազեցնել մեր կախվածությունը ներկրվող վառելիքից: Միևնույն ժամանակ, ջերմամիջուկային սինթեզը խոստանում է գրեթե անսպառ և էկոլոգիապես մաքուր էներգիայի աղբյուր:

Սակայն կարևոր է նշել, որ այս տեխնոլոգիաները դեռ բազմաթիվ մարտահրավերների առջև են կանգնած: ՓՄՌ-ների դեպքում դեռ լուծված չեն միջուկային թափոնների կառավարման և երկարաժամկետ անվտանգության հարցերը: Ջերմամիջուկային սինթեզի պարագայում դեռևս չի հաջողվել ստանալ կայուն էներգիայի արտադրություն, որը կգերազանցի ներդրված էներգիան: Բացի այդ, երկու տեխնոլոգիաների համար էլ անհրաժեշտ են հսկայական ներդրումներ և բարձրորակ մասնագետներ, ինչը կարող է խնդրահարույց լինել զարգացող երկրների, այդ թվում՝ Հայաստանի համար:

Ըստ վերջին հետազոտությունների, այս տեխնոլոգիաների գործնական կիրառումը կարող է սկսվել արդեն առաջիկա տասնամյակում: Սակայն կարևոր է հաշվի առնել նաև մարտահրավերները, ինչպիսիք են կադրերի պատրաստումը և անվտանգության նոր ստանդարտների մշակումը»:

Ինչո՞ւ են այս տեխնոլոգիաները կարևոր.

1. Մաքուր էներգիա. Երկուսն էլ չեն արտանետում CO2, օգնելով պայքարել կլիմայի փոփոխության դեմ:

2. Անվտանգություն. Այս նոր տեխնոլոգիաները նվազեցնում են ռադիոակտիվ վթարների ռիսկը:

3. Հասանելիություն. ՓՄՌ-ները կարող են էներգիա տալ փոքր քաղաքներին կամ հեռավոր վայրերին:

4. Ապագայի էներգիա. Ջերմամիջուկային սինթեզը խոստանում է գրեթե անսպառ էներգիայի աղբյուր:

Սակայն պետք է նշել, որ այս տեխնոլոգիաները դեռևս գտնվում են զարգացման փուլում և ունեն իրենց սահմանափակումները: Դրանց լայնամասշտաբ ներդրումը պահանջում է զգալի ներդրումներ և տեխնոլոգիական առաջընթաց: