Theo trang Interesting Engineering, Tập đoàn Rosatom (Nga) đã hoàn tất giai đoạn thẩm định đầu tư cho cơ sở lò phản ứng hạt nhân mô-đun nhỏ đặt trên đất liền đầu tiên của mình tại mỏ vàng Sovinoye. Việc phê duyệt hành chính này hoàn tất quá trình xem xét kỹ thuật-kinh tế và thiết lập lộ trình pháp lý cần thiết cho việc sản xuất và triển khai cấu trúc tại khu vực Viễn Đông.
Theo báo cáo, các cuộc khảo sát địa điểm cục bộ đang được tiến hành và nhiên liệu hạt nhân đã hoàn thành giai đoạn thử nghiệm độ bền vận hành bắt buộc. Việc xây dựng sẽ bắt đầu vào năm 2027, lò phản ứng sẽ đi vào hoạt động năm 2030 và đi vào vận hành thương mại đầy đủ vào năm 2032.
“Shelf-M sẽ có khả năng sản xuất 10 MW điện năng và 35 MW nhiệt điện trong 60 năm”, Giám đốc điều hành Rosatom, Alexey Likhachev, cho biết.
“Hiện tại, tiến độ xây dựng nhà máy điện hạt nhân SNPP đã được lập kế hoạch, các cuộc khảo sát kỹ thuật cho địa điểm triển khai đã bắt đầu và giai đoạn thử nghiệm độ bền nhiên liệu hạt nhân đã hoàn tất.”
Hệ thống nước áp lực tích hợp
Cấu hình kỹ thuật của cơ sở tập trung vào lò phản ứng vi mô Shelf-M, hoạt động như một hệ thống nước áp suất tích hợp. Toàn bộ vòng tuần hoàn chính, bao gồm lõi lò phản ứng, cơ chế điều khiển và các cụm tạo hơi nước, được bao bọc bên trong một vỏ thép hình trụ duy nhất.
"Khi được lắp ráp hoàn chỉnh, bao gồm cả hệ thống lò phản ứng, Shelf-M dài 11 mét, đường kính 8 mét và nặng 370 tấn", Rosatom cho biết.
Việc thiết kế kích thước đặc biệt này cho phép toàn bộ mô-đun được sản xuất trong một nhà máy tập trung thay vì phải lắp ráp tại chỗ. Vỏ kết cấu được thiết kế để chịu được các ứng suất vận chuyển trong quá trình vận chuyển bằng sà lan hoặc xe bánh xích hạng nặng qua môi trường Bắc Cực, cho phép nó được di dời đến các địa điểm công nghiệp khác trong suốt vòng đời hoạt động 60 năm.
Cấu trúc vật lý bên trong của Shelf-M dựa trên kiến trúc lõi dạng kênh được phát triển từ các thông số vận hành được sử dụng trong các tàu phá băng hạt nhân hàng hải. Thay vì sử dụng các thanh nhiên liệu dạng viên truyền thống, lõi sử dụng cấu hình ma trận phân tán.
Rosatom cho biết thêm: “SHELF-M là một lò phản ứng làm mát bằng nước, điều tiết bằng nước, sẽ sử dụng uranium dioxide phân tán trong ma trận silumin (hợp kim nhôm-silicon) làm nhiên liệu.”
Các nghiên cứu đang được tiến hành để cung cấp bằng chứng thực nghiệm cho các giải pháp kỹ thuật được áp dụng cho lò phản ứng. Ví dụ, các kỹ sư đang phân tích xem liệu các bộ phận thiết bị được chế tạo bằng công nghệ in 3D hoặc vật liệu composite có thể được sử dụng trong lò phản ứng hay không.
Tăng cường tốc độ dẫn nhiệt
Các thanh nhiên liệu sử dụng hình dạng hình chữ thập thay vì hình trụ tiêu chuẩn. Mặt cắt ngang hình chữ thập này làm tăng diện tích bề mặt riêng có sẵn để truyền nhiệt, tăng tốc độ dẫn nhiệt từ lõi đến chất làm mát.
Các thanh nhiên liệu cho lò phản ứng thí điểm được làm từ các thành phần đã được thử nghiệm và chứng minh hiệu quả trước đây. Ví dụ, vật liệu vỏ bọc là hợp kim crom-niken 42KhNM đã được kiểm chứng qua thời gian, trong khi hình dạng của thanh nhiên liệu hình chữ thập tương tự như những thanh được sử dụng trong các lò phản ứng nghiên cứu SM-3 và PIK.
Hệ thống tuần hoàn đối lưu thụ động này cho phép lò phản ứng duy trì khả năng tản nhiệt an toàn trong khi tạo ra tới 30% công suất nhiệt định mức mà không cần sử dụng máy phát điện dự phòng chạy bằng diesel hoặc lưới điện bên ngoài.
Rosatom kết luận: “SHELF-M có thể hoạt động ở chế độ tuần hoàn chất làm mát sơ cấp tự nhiên ở mức công suất khoảng 30% công suất định mức.”
Các vòng làm mát khẩn cấp và hệ thống loại bỏ nhiệt dư hoạt động hoàn toàn dựa trên các định luật trọng lực và nhiệt động lực học, giúp đưa lõi về trạng thái cân bằng nhiệt ổn định ngay cả khi toàn bộ nhà máy mất điện.
Rosatom nhận định, thị trường cho các lò phản ứng dạng mô-đun với công suất lên đến 10 MW mỗi mô-đun rất rộng lớn. Chúng sẽ thay thế các công suất phát điện lỗi thời, cả điện hạt nhân và điện nhiên liệu hóa thạch, trong trung hạn và đóng vai trò là nguồn điện cục bộ cho các cơ sở công nghiệp mới ở các khu vực xa xôi với hệ thống cung cấp điện phi tập trung là rất lớn.
