Специалисты Национальной лаборатории Айдахо (INL) после пяти лет экспериментов заявили о создании оптимальной формулы топлива для первого в мире критического реактора на быстрых нейтронах с хлоридным расплавом.

Речь идёт о проекте Molten Chloride Reactor Experiment (MCRE), который станет испытательной площадкой для инновационного ядерного реактора, где смесь расплавленного хлорида и урана выполняет функции и топлива, и теплоносителя. Этот эксперимент позволит оценить безопасность и физические параметры установки, прототип которой планируют построить компании Southern Company и TerraPower.

Реакторы на расплавленных солях рассматриваются как перспективный источник энергии для промышленности и населённых пунктов благодаря высокой рабочей температуре (что повышает КПД), сниженному объёму отходов и безопасности, обеспечиваемой жидкой формой топлива. Ключевой компонент «энергетического коктейля» — уран, который необходимо преобразовать в соединение, растворимое в хлоридном расплаве.

Основной вызов заключался в эффективности: нам нужно было преобразовать более 90% металлического урана в топливную соль. Никто раньше не производил такого количества хлорида урана, 

объяснил Билл Филлипс, технический руководитель MCRE.

Процесс разработки стартовал в 2020 году в здании Fuels and Applied Science Building комплекса Materials and Fuels Complex INL. Команде пришлось создать оборудование с нуля, включая специализированную печь и системы безопасности.

«Сначала мы теряли слишком много урана, — признал Ник Смит, директор проекта MCRE. — Без оптимизации процесса нам бы не хватило топлива для достижения критичности. Понадобились годы проб и ошибок, чтобы найти идеальную формулу». Учёные даже использовали кулинарные метафоры для описания этапов: «ангельский пирог», «суп из камней» или методы приготовления кофе во френч-прессе.

Важным шагом стал переход на обеднённый уран для экспериментов, что позволило сократить затраты без использования обогащённого материала. «Когда я присоединился к проекту, мы производили 2-3 унции (57-85 г) топлива за раз, — рассказал Джейкоб Йинглинг, исследователь, участвующий в разработке. — Сейчас мы создаём партии весом более 12 фунтов (5,4 кг)».

Недавно запущенная система Molten Salt Flow Loop Test Bed обеспечивает непрерывный мониторинг параметров расплава, ускоряя исследования.

Сейчас проект вступает в решающую фазу. «У нас есть все ингредиенты и точные параметры "выпечки", — отметил Филлипс. До октября 2025 года команда планирует произвести пять партий обогащённого топлива для MCRE. Сам реактор должен заработать к 2028 году в рамках тестовой площадки LOTUS (Laboratory for Operation and Testing in the United States).

«Хлоридные реакторы предлагают то, что недоступно другим технологиям, — подчеркнул Йинглинг. — Каждый участник MCRE верит, что это изменит мир». Разработка топливной соли стала прорывом и шагом к созданию энергетических систем, способных обеспечивать чистой и эффективной энергией на десятилетия вперёд.