Westinghouse направи още една съществена крачка в разработването на микрореактора eVinci. На 3 септември експерименталната конфигурация, изградена за проверка на основни характеристики на реактора, достигна критичност при нулева мощност и температура 663 °C. След това изследователите проведоха подкритично измерване на реактивността при максимална температура на активната зона 1011 °C. Измерването при тази температура е посочено от Westinghouse като рекордно висока температура за измерване на реактивност в National Criticality Experiments Research Center в Невада.

Двете числа трябва да бъдат разграничени. Критичността е достигната при 663 °C. При 1011 °C не е демонстрирана критична работа на реактора, а е извършено подкритично измерване. Това уточнение е важно, защото именно температурната зависимост на реактивността е една от характеристиките, които трябва да бъдат проверени експериментално, преди проектът да премине към следващите етапи на физическа реализация.

Експериментът е проведен във National Criticality Experiments Research Center към Nevada National Security Site, съоръжение на National Nuclear Security Administration, в сътрудничество с Los Alamos National Laboratory и Nevada National Security Site. Това е среда, предназначена именно за експериментално изследване на критичността и поведението на ядрени материали и конфигурации. За eVinci тя позволява част от проектната архитектура да бъде изведена от цифровия модел и поставена в контролирана физическа среда.

Това е съществената новина.

При разработването на нов реактор значителна част от поведението му първоначално съществува като математически модел. Геометрията на активната зона, разпределението на горивото, характеристиките на графита, поведението на системите за управление на реактивността и температурните коефициенти могат да бъдат изчислявани с висока степен на детайлност. Но изчислението остава изчисление, докато не бъде съпоставено с реално измерване.

Критичност при нулева мощност е особено подходящ етап за такава проверка. При него се изследва не способността на реактора да произвежда електроенергия, а основната ядрено-физична характеристика на конфигурацията — способността да поддържа самоподдържаща се верижна реакция. Поради липсата на нормална топлинна мощност експериментът позволява да бъдат изследвани реакторните характеристики, без да се преминава към пълноценна енергийна експлоатация.

В случая с eVinci това вече е втори последователен етап на физическа проверка. На 24 август Westinghouse съобщи за първата нулево-мощностна критичност на eVinci. Тогава основният акцент беше върху проверката на моделите и ключовите конструктивни предположения. Новият експеримент добавя към тази картина температурата като променлива и предоставя данни за поведението на реактивността при нагряване на активната зона.

Точно тук се намира значението на измерването при 1011 °C. То не доказва, че eVinci вече е работил при пълните си проектни условия, но дава експериментални данни за това как се изменят характеристиките на активната зона при приближаване към високи температури. Тези данни могат да бъдат използвани за сравнение с изчислителните модели и за тяхното усъвършенстване.

Този подход е особено важен за концепцията на eVinci, защото реакторът е проектиран по различен начин от традиционните големи водо-водни енергийни реактори. В неговата архитектура са комбинирани TRISO гориво, графитна активна зона, топлинни тръби и барабани за управление на реактивността. Вместо топлината да бъде извеждана чрез традиционен първи контур с циркулиращ охлаждащ флуид под високо налягане, топлинните тръби са предназначени да пренасят топлината от активната зона към системата за преобразуване на енергията.

Това прави поведението на материалите при високи температури особено важно. При подобна конструкция няма смисъл да се проверява само дали реакторът достига критичност при една номинална температура. Необходимо е да се разбере как се изменят реактивността и останалите характеристики при нагряване на различните компоненти и как това поведение съответства на изчислителните модели.

В този смисъл новият експеримент е част от много по-широката логика на проекта. Westinghouse описва подхода си като „build-test-learn“ — изграждане, изпитване, извличане на знания и последващо усъвършенстване. Това не е просто маркетингово описание на поредица от тестове. При сложна ядрена технология именно натрупването на експериментални данни позволява постепенно да се намали неопределеността между проектното изчисление и реалното поведение.

Първата критичност показва, че интегрираната експериментална конфигурация може да достигне предвиденото ядрено състояние. Температурното изпитване добавя информация за поведението на системата при нагряване. Следващите етапи трябва да покажат как тази информация се отразява върху конструкцията, прототипа, експлоатационните характеристики и подготовката за лицензиране.

Именно тук трябва да се постави границата между постигнатото и това, което предстои.

eVinci все още не е електроцентрала. Не е демонстрирана осемгодишна експлоатация без презареждане. Не е демонстрирана работа на пълна мощност. Не е демонстриран завършен прототип в реална експлоатационна среда. Настоящият експеримент е физическа проверка на характеристиките на реакторната конфигурация при нулева мощност.

Но това не го прави маловажен.

Напротив, при разработването на нов реактор именно такива междинни експерименти са начинът, по който инженерният проект постепенно се освобождава от зависимостта си от предположенията. Всеки измерен резултат може да потвърди модела, да покаже отклонение или да разкрие необходимост от промяна. Във всеки от тези случаи се получава нещо, което преди експеримента не е било налично — физическо знание за конкретната конструкция.

Това е особено важно при микрореакторите, защото тяхната привлекателност не се основава единствено на малкия размер. eVinci е замислен като компактна и транспортируема система за производство на електроенергия и топлина в отдалечени или труднодостъпни места. Westinghouse посочва като възможни приложения отдалечени обекти, отбранителни системи и космически приложения. Компанията заявява проектна възможност за непрекъснато производство на електроенергия в продължение на осем години без презареждане на горивото.

Тази концепция променя и въпроса за това къде може да бъде разположен един ядрен източник на енергия. Големият реактор изисква огромна инфраструктура, електропреносна мрежа, строителна площадка и продължителен период на изграждане. Микрореакторът преследва различна логика: компактност, транспортируемост, продължителна автономна работа и възможност за използване там, където изграждането на голяма електроцентрала няма икономически или инфраструктурен смисъл.

Затова развитието на eVinci трябва да се разглежда и в по-широкия контекст на новата ядрена енергетика. Във времето, когато във Виена протича 70-ата Генерална конференция на МААЕ и държавите обсъждат разширяването на ядрените мощности, микрореакторите представляват друга посока на същото движение. Ядрената енергетика вече не се развива единствено чрез увеличаване на размера на електроцентралите. Появява се стремеж към по-малки, серийно производими и специализирани енергийни системи.

Това поставя и нови технически въпроси. Малкият размер не премахва необходимостта от доказване на безопасност, надеждност и предвидимо поведение. Напротив, когато реакторът е предназначен за различни среди и потенциално за транспортируемо или отдалечено използване, необходимостта от надеждно доказване на проектните характеристики става още по-важна.

Именно затова настоящият експеримент има значение извън самото число 1011 °C.

То показва определен стил на развитие: първо се изчислява, след това се изгражда експериментална конфигурация, измерва се реалното поведение, резултатът се сравнява с модела и следващата конструктивна стъпка се основава на получените данни.

Това е различно от представянето на нов реактор като готов продукт още преди да е преминал през необходимите физически проверки.

При eVinci към момента има последователност от експерименти, които постепенно преместват технологията от проектна концепция към физически валидирана конструкция. Първата нулево-мощностна критичност потвърди ключови предположения за активната зона. Новото изпитване добави температурната зависимост и предостави измервания при много висока температура. Предстоят следващите етапи, при които трябва да се покаже как тези резултати се превръщат в работещ прототип, производствен процес и лицензируем реактор.

Тъкмо това е интересното в тази новина.

Не че един микрореактор вече е „готов“.

А че една концепция постепенно започва да напуска територията на изчислителната вероятност и да навлиза в територията на измерената физика.

При ядрената технология именно там започва истинското доказване.