Китай строит первый реактор, пожирающий ядерные отходы

В южнокитайском городе Хуйчжоу инженеры завершают монтаж последних секций сверхпроводящего линейного ускорителя. К 2027 году эта машина выстрелит протонами на скорости 80% от скорости света в бассейн с расплавленным сплавом свинца и висмута. Цель — не открыть новые частицы. Цель — сожрать ядерные отходы.

Проект называется CiADS — China initiative Accelerator-Driven System. Это будет первая в мире мегаваттная установка такого типа, которая действительно заработает. Учёные теоретизировали об ускорительных реакторах десятилетиями. Бельгийский проект MYRRHA разрабатывается с конца 1990-х. США в 2025 году выделили финансирование на программу NEWTON для улучшения компонентов ускорителей. Но именно Китай первым дошёл до точки, где машину можно включить.

Несгоревшие 99%

Обычные атомные электростанции используют менее 1% урана в своих топливных стержнях. Остальное превращается в отходы — коктейль изотопов, некоторые из которых остаются опасно радиоактивными свыше 100 000 лет. Страны закапывают эти отходы глубоко в породу и надеются, что геология справится.

Минорные актиниды — тяжёлые радиоактивные элементы, образующиеся как побочные продукты в ядерных реакторах: нептуний, америций, кюрий. Их периоды полураспада — от сотен до миллионов лет, что делает их самой проблемной частью ядерных отходов.

Арифметика жёсткая. Один коммерческий реактор генерирует 20-30 тонн отработанного топлива в год. Глобально более 400 000 тонн высокоактивных отходов лежат в бассейнах выдержки и сухих контейнерах, ожидая постоянного решения. Финский Онкало и шведский Форсмарк — единственные глубинные геологические хранилища в стадии строительства. При нынешних темпах большинство стран не получат постоянного хранилища ещё десятилетия.

Ускорительная система предлагает другой ответ: не хоронить отходы — трансмутировать их. Разбить самые опасные долгоживущие изотопы на короткоживущие или стабильные. Сократить окно опасности со 100 000 лет до менее чем 300. (Подробное объяснение физики ADS и данных MIT по трансмутации — в нашей предыдущей статье об ускорительной трансмутации.)

Протонный пучок, нацеленный в жидкий металл

CiADS работает в четыре шага. Сверхпроводящий линейный ускоритель генерирует пучок протонов и разгоняет их до 80% скорости света. Пучок ударяет в мишень из жидкого эвтектического сплава свинец-висмут — легкоплавкого сплава, который остаётся жидким при рабочих температурах и эффективно производит нейтроны при бомбардировке быстрыми протонами.

Спалляция — ядерная реакция, при которой высокоэнергетическая частица (обычно протон) ударяет в тяжёлое ядро и выбивает из него десятки нейтронов. Эти нейтроны затем запускают дальнейшие реакции в окружающем топливе.

Каждый удар протона запускает спалляцию, высвобождая поток нейтронов в окружающий бланкет из ядерного топлива и отходов. Эти нейтроны трансмутируют долгоживущие актиниды в короткоживущие изотопы — или расщепляют их полностью, высвобождая при этом энергию. Сам реактор субкритический: он не может поддерживать цепную реакцию самостоятельно. Выключите ускоритель — и ядерные реакции остановятся за миллисекунды. Никакого сценария расплавления. Никаких аварийных систем охлаждения.

Установка расположена в Хуйчжоу, провинция Гуандун, и управляется Институтом современной физики при Китайской академии наук. Заместитель директора Хэ Юань назвал её «международно признанным идеальным подходом к рециклированию ядерного топлива и обращению с ядерными отходами».

Три фронта, одна стратегия

CiADS — не единственная нестандартная ядерная ставка Китая. Это один элемент трёхсторонней стратегии ядерной энергетической независимости.

Второй элемент появился в ноябре 2025 года, когда Шанхайский институт прикладной физики впервые в мире осуществил конверсию тория в уран-233 в работающем реакторе. Их TMSR-LF1 — ториевый жидкосолевой реактор мощностью 2 МВт, стоящий в пустыне Гоби — доказал, что ториевый топливный цикл работает за пределами теории.

Ториевый топливный цикл — альтернатива урановому циклу, при которой торий-232 поглощает нейтрон и превращается в уран-233 — делящийся материал, способный поддерживать цепную реакцию. Тория в земной коре в 3-4 раза больше, чем урана.

Третий элемент — CFR-600, натриевый быстрый реактор-размножитель, строящийся в провинции Фуцзянь и рассчитанный на производство большего количества плутониевого топлива, чем он потребляет.

Все три проекта преследуют одну стратегическую цель: освободить Китай от зависимости от импортного урана. Запасы урана в Китае скромные, но месторождения тория — значительные. Если CiADS сможет сжигать существующие запасы отходов, пока TMSR нарабатывает новое топливо из тория, ядерный флот страны теоретически может работать столетиями на внутренних ресурсах. Отсюда заголовок «энергия на 1000 лет» — это не точный инженерный расчёт, а отсылка к запасам тория и китайскому обороту «千年» (цяньнянь), который разговорно означает «на многие поколения».

Масштаб прототипа, гигаваттные амбиции

CiADS — исследовательская установка, не электростанция. Её мощность измеряется в мегаваттах — достаточно для проверки физики и инженерии, но не для электроснабжения города. Скачок от мегаваттного прототипа к гигаваттному коммерческому реактору огромен — сравним с дистанцией между лабораторным экспериментом по термоядерному синтезу и ITER.

Несколько сложных вопросов остаются без ответа. Сам ускоритель потребляет значительную мощность. Если существенная доля выработки реактора уходит обратно на питание ускорителя, система может отлично уничтожать отходы, но производить мало чистого электричества. Для одной только утилизации отходов это может того стоить — но экономика сильно зависит от эффективности конверсии пучка в нейтроны на промышленном масштабе.

Есть и вопрос распространения ядерного оружия. Топливный цикл ADS, обрабатывающий отработанное ядерное топливо, неизбежно работает с плутонием и другими оружейными материалами. Системы защиты и международного мониторинга должны будут развиваться вместе с технологией.

Бельгийский проект MYRRHA, ближайший западный аналог, разрабатывается более 25 лет и до сих пор строится. Нидерланды эксплуатируют небольшую экспериментальную установку. Американская программа NEWTON сосредоточена на улучшении компонентов ускорителей, а не на строительстве полной системы. Преимущество Китая — не обязательно лучшая наука. Это способность финансировать, утверждать и строить крупную ядерную инфраструктуру быстрее, чем обычно позволяют демократические процессы.

Характеристики и сроки CiADS основаны на материалах South China Morning Post, газеты «Наука и технологии» (Китай) и Института современной физики. Независимые эксплуатационные данные появятся только после запланированного запуска установки в 2027 году.

Что это значит для мировых ядерных отходов

Если CiADS заработает как задумано, он продемонстрирует то, что десятилетиями оставалось теорией: самые опасные компоненты ядерных отходов можно сделать на порядки менее опасными в пределах человеческой жизни. Это не решает политику ядерной энергетики. Не решает вопрос конкурентоспособности с солнечной и ветровой энергией. Но снимает одно из старейших возражений — что атомная энергия создаёт вечную проблему, решения которой не существует.

Отходы уже существуют. Более 400 000 тонн, и с каждым годом их больше. Построит ли какая-то страна коммерческие ADS-реакторы — зависит от стоимости, политики и скорости развития возобновляемых альтернатив. Но впервые этот вариант перестал быть гипотетическим.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли взять существующие отходы из хранилищ и загрузить в этот реактор?

В принципе — да, для этого ADS и создаётся. Однако отработанное топливо сначала нужно переработать, чтобы извлечь минорные актиниды (нептуний, америций, кюрий), которые реактор трансмутирует. Этот этап переработки сам по себе сложен, дорог и поднимает вопросы ядерного нераспространения.

Сколько энергии реактора уходит обратно на ускоритель?

Это один из ключевых неизвестных. Ускоритель требует существенной мощности — потенциально значительную долю от выработки реактора. CiADS — исследовательская установка, призванная ответить именно на этот вопрос. Если энергобаланс окажется невыгодным для чистой генерации электричества, система всё равно может быть жизнеспособной как технология утилизации отходов.

Это как термояд — всегда «через 20 лет»?

Не совсем. В отличие от термояда, отдельные компоненты ADS — протонные ускорители, мишени спалляции, субкритические реакторы — существуют и работают по отдельности. Вызов в том, чтобы интегрировать их в надёжную непрерывную систему полезного масштаба. CiADS физически построен и планируется к запуску в 2027 году. Большая неопределённость — можно ли масштабировать его от мегаватт до гигаватт для коммерческого использования.

Этот реактор производит оружейные материалы?

Топливный цикл ADS работает с плутонием как частью процесса утилизации отходов. Хотя система спроектирована для потребления плутония, а не его производства, промежуточные этапы переработки включают оружейные материалы. Международные системы гарантий и мониторинга потребуют адаптации к этой технологии.

Как это связано с ториевым реактором, который Китай испытал в 2025 году?

CiADS и TMSR-LF1 — взаимодополняющие части ядерной стратегии Китая. TMSR конвертирует распространённый торий в делящийся уран-233, создавая новое топливо из внутренних ресурсов. CiADS уничтожает существующие ядерные отходы, сокращая период их опасности на порядки. Вместе они стремятся замкнуть ядерный топливный цикл — производя энергию из тория и одновременно ликвидируя накопленные отходы.