Японская компания Kyoto Fusioneering и NGK разрабатывают расплавленную соль FLiBe для термоядерной энергетики

Репортаж от Wedoany，Японская компания Kyoto Fusioneering (Kyoto Fusioneering) совместно с производителем промышленной керамики и металлов NGK Corporation (NGK Corporation) разрабатывает и коммерциализирует расплавленную соль FLiBe для термоядерных электростанций. FLiBe — это расплавленная соль, состоящая из фторида лития и фторида бериллия, которая одновременно используется для охлаждения, размножения тритиевого топлива и защиты конструкций, работая при температурах от 500°C до 700°C.

Для превращения термоядерной энергии в коммерческую реальность необходимо решить такие задачи, как извлечение тепла из плазмы, размножение и рециркуляция тритиевого топлива, а также проектирование циркуляционных систем, соединяющих всю электростанцию. FLiBe, используемый в качестве жидкого бланкета, циркулирует через внутренние стенки термоядерного реактора, поглощая энергию, размножая топливо и защищая конструкции. Он работает в расплавленном жидком состоянии, что позволяет избежать структурных напряжений и риска термического растрескивания, связанных с твердыми бланкетами. В термоядерной реакции 80% энергии, выделяемой при взаимодействии дейтерия и трития, приходится на высокоэнергетические нейтроны с энергией 14,1 МэВ. Проходя через жидкий бланкет FLiBe, нейтроны замедляются при столкновении с атомами лития и бериллия, преобразуя кинетическую энергию в тепловую. Нагретая расплавленная соль перекачивается в теплообменник для привода турбины и выработки электроэнергии. FLiBe размножает собственное тритиевое топливо за счет ядерных реакций, возникающих при попадании нейтронов в атомы лития в соли. Один термоядерный синтез потребляет один атом трития и высвобождает один нейтрон. Поскольку часть нейтронов поглощается стенками конструкции или теряется, требуется нейтронный умножитель для обеспечения коэффициента размножения трития (TBR) более 1,0. Бериллий в FLiBe действует как умножитель: при столкновении быстрых нейтронов с ядрами бериллия высвобождаются два нейтрона, удваивая количество доступных нейтронов. FLiBe не склонен к кипению или испарению при высоких температурах, что предотвращает накопление высокого давления и снижает риск разрыва трубопроводов. Он также не вступает в бурную реакцию с воздухом или водой, снижая риск возгорания при утечках. Будучи жидкостью, FLiBe не подвержен структурным радиационным повреждениям, таким как расширение или охрупчивание. Однако FLiBe имеет и проблемы: под воздействием нейтронов атомы фтора в соли образуют высококоррозионную фтороводородную кислоту (HF), что требует использования системы контроля окислительно-восстановительного потенциала для смягчения последствий; FLiBe затвердевает при температуре около 459°C, поэтому система реактора должна постоянно поддерживать высокую температуру, чтобы предотвратить замерзание соли и закупорку контуров; бериллий в виде пыли токсичен при вдыхании человеком, что требует строгих герметичных процедур при производстве и обработке.

Данное сотрудничество объединяет опыт NGK в области обработки бериллия, контроля качества, очистки и анализа, накопленный с 1958 года, и опыт Kyoto Fusioneering в области проектирования термоядерных электростанций, включая системы нагрева плазмы, проектирование всей станции, тепло-гидравлический анализ, системы размножения и рециркуляции трития. Стороны будут продвигать технологии, связанные с FLiBe для применения на термоядерных электростанциях, ориентируясь на коммерциализацию и развитие цепочки поставок, сотрудничая в области от производства и очистки материалов до практического применения оборудования и циркуляционных систем в соответствии с требованиями заказчиков. Kyoto Fusioneering возглавит проектирование (включая инжиниринг, закупки и строительство) объектов по производству и очистке FLiBe, которые будут размещены на бериллиевом предприятии NGK; NGK внесет свой опыт в области безопасности и обработки бериллия, а также будет отвечать за закупку сырья и эксплуатацию объектов. Kyoto Fusioneering, используя свои контакты с термоядерным исследовательским сообществом и понимание потребностей термоядерной отрасли, будет направлять разработку малоактивируемого и малокоррозионного FLiBe, пригодного для длительной эксплуатации термоядерных электростанций, и оценивать произведенный термоядерный FLiBe с помощью своего специализированного японского исследовательского контура FLiBe (FREJA), который представляет собой лабораторную испытательную платформу для проверки и сертификации произведенного FLiBe на соответствие ядерным и структурным стандартам.

Такаси Оцу, вице-президент NGK и руководитель отдела развития бизнеса NV, заявил, что в соответствии с «Долгосрочным планом управления на 2026–2035 годы» NGK позиционирует 2035 год как среднюю точку на пути к «Видению NGK Group: Путь к 2050 году», стремясь к исследованиям, разработкам и социальному внедрению в области углеродной нейтральности, и данное стратегическое сотрудничество является важным шагом в этом направлении. Он добавил, что, применяя опыт NGK в области безопасного обращения с бериллием и технологии, связанные с FLiBe, компания бросает вызов созданию новой технологической ценности, поддерживающей практическую реализацию термоядерной энергии в области углеродной нейтральности, и продолжит продвигать технологические разработки для социального внедрения технологий, связанных с FLiBe. Киёси Сэко, президент и главный операционный директор Kyoto Fusioneering, заявил, что компания стремится создать базовые технологии, необходимые для скорейшего практического применения термоядерной энергии. FLiBe является ключевым материалом, обладающим множеством функций, таких как размножение, охлаждение и рециркуляция трития. Из-за содержания бериллия безопасное обращение требует передовых методов управления безопасностью и технологий очистки. Объединяя опыт NGK в обработке бериллия с собственными ноу-хау Kyoto Fusioneering в области системной интеграции, компания стремится ускорить создание промышленной базы для технологий, связанных с FLiBe, и сделать важный шаг к социальному внедрению термоядерной энергии.