Sprawa reaktorów atomowych staje się coraz bardziej skomplikowana
Koszt energii z atomu coraz częściej rozstrzyga się nie w reaktorze, lecz w cyklu paliwowym. To tam zbiegają się ceny wzbogacania, dostępność uranu i regulacje bezpieczeństwa, a każda dziesiąta część procenta w marginesach projektowych potrafi przełożyć się na grube miliony. Dlatego też szczególnie ciekawie wypadają nowe rozwiązania dla reaktorów wodnych wrzących, które odgrywają kluczową rolę w globalnym miksie energetycznym. Jedno z nich zaprezentował właśnie sojusz GE Vernova i Hitachi, który dał życie wspólnemu przedsięwzięciu Global Nuclear Fuel, odpowiadającego za GNF4 z matrycą 11×11, który ma szansę zmienić reguły gry w segmencie BWR.
Czytaj też: Budownictwo przyszłości już istnieje i ma sześć nóg. Robot Charlotte buduje domy w 24 godziny
Dla reaktorów wrzących kluczowe jest pogodzenie gęstości mocy z podatnością na wrzenie chłodziwa oraz stabilnością geometrii kanałów, ponieważ to właśnie te trzy wektory decydują o długości cyklu, liczbie nieplanowanych zjazdów mocy i realnych kosztach paliwa na megawatogodzinę. GNF4 z matrycą 11×11 uderza dokładnie w te miejsca, bo zwiększa masę aktywną na kasetę, upraszcza ścieżkę do dłuższych kampanii i ogranicza zależność od wysokich poziomów wzbogacania, które po 2022 roku stały się jednym z głównych czynników ryzyka.
11×11 w rdzeniu, mniej wzbogacania w cyklu. Czy to jest moment przełomu w paliwach jądrowych?
Najważniejszą zmianą w nowym paliwie GNF4 jest zastosowanie matrycy 11×11, która znacząco zwiększa powierzchnię generowania ciepła w porównaniu z poprzednimi rozwiązaniami. Taka konfiguracja pozwala na efektywniejsze wykorzystanie uranu przy jednoczesnym zwiększeniu masy paliwa w każdej wiązce. Sama ewolucja od pierwotnej konfiguracji 7×7 do obecnej 11×11 pokazuje konsekwentne doskonalenie technologii. Każdy etap rozwoju skupiał się na trzech fundamentalnych aspektach, bo bezpieczeństwie operacyjnym, niezawodności i ekonomicznej efektywności wykorzystania paliwa.
Czytaj też: Airbus drukuje przyszłość lotnictwa, aby rozwiązać kluczowy problem obiecujących samolotów
W praktyce większa masa paliwa w wiązce umożliwia stosowanie materiału o niższym stopniu wzbogacenia, co bezpośrednio przekłada się na redukcję kosztów całego cyklu paliwowego. Dla operatorów elektrowni może to oznaczać wymierne oszczędności sięgające milionów dolarów rocznie, ale to nie koniec wyjątkowości GNF4, bo wykorzystuje ono również dwa innowacyjne komponenty zatwierdzone przez amerykańską Komisję Dozoru Jądrowego. Obudowa GNF-Ziron otrzymała licencję w 2019 roku i oferuje znacznie wyższą odporność na korozję niż tradycyjna obudowa Zircaloy 2, która była stosowana w ponad 175 tysięcy zestawów paliwowych na całym świecie.
Drugim kluczowym elementem są pelety z dwutlenku uranu domieszkowanego glinokrzemianem. Te zaawansowane komponenty zapewniają dodatkową ochronę przed niepożądanymi interakcjami między paliwem a obudową, co ma szczególne znaczenie w sytuacjach awaryjnych. Nowe paliwo korzysta również z dwóch technologii, które już zdobyły uznanie w branży. Filtr zanieczyszczeń Defender+ został wdrożony w ponad 20 tysiącach wiązek we wszystkich typach reaktorów, wykazując historycznie niską częstotliwość incydentów związanych z zanieczyszczeniami. Dodatkowo materiał kanałowy NSF, będący specjalnym stopem cyrkonu odpornym na odkształcenia, rozwiązuje jeden z najbardziej uciążliwych problemów reaktorów BWR – deformacje kanałów paliwowych.
Plan wdrożenia. Długie testy przed komercjalizacją
Pierwsze zestawy paliwowe GNF4 do zastosowań testowych są planowane na 2026 rok, a pełne ilości paliwa do rutynowego przeładowania mają być dostępne dopiero w 2030 roku. Ten stosunkowo długi okres badań ma zapewnić pełną niezawodność całego systemu. Sama produkcja odbywa się w nowoczesnym zakładzie GNF w Wilmington w Karolinie Północnej. Obiekt został zaprojektowany z myślą o najwyższych standardach jakości i bezpieczeństwa produkcji paliw jądrowych.
Czytaj też: Najważniejszy samolot USA przyłapany w locie. Jakie tajemnice skrywa nietypowe wydanie?
Warto jednocześnie zauważyć, że GNF4 nie jest jedynym zaawansowanym projektem paliwowym realizowanym obecnie na świecie. Standard Nuclear i francuski Framatome połączyły siły w rozwoju paliwa TRISO dla reaktorów nowej generacji, a rosyjski Rosatom wyprodukował nowy typ zestawu paliwowego OS-5 przeznaczony dla reaktorów prędkich czwartej generacji. Ta konkurencja pokazuje, jak ważne są innowacje w dziedzinie paliw jądrowych dla przyszłości całej branży. Każda, nawet niewielka poprawa efektywności, przekłada się na znaczące oszczędności w skali globalnej.