Жолдыбаев Тимур Кадыржанович,
ядролық физика бөлімінің бастығы, ҚР ЭМ Ядролық физика институты

Атом энергиясын бейбіт мақсатта пайдалану қазіргі кезде адамзат тіршілігінің технологиялық тұғырнамасының ажырамас бөлігі және оның орнықты дамуының маңызды құрауышы болып табылады. Гамма-сәулелену, нейтрондар мен зарядталған бөлшектер ағындары өндірістік процестерді автоматты басқару, материалдарды модификациялау, зиянды өнеркәсіптік шығарындылардың мөлшерін азайту, жауапты бұйымдарды бүлдірмейтін бақылау, пайдалы қазбаларды іздеу, әртүрлі ауруларды диагностикалау мен емдеу жөніндегі және т.б. мәселелерді шешуде құрал ретінде кеңінен қолданылады.

Атом энергиясын қолдануда ядролық энергетиканың алатын орны ерекше. Бүгінгі күні әлемде экологиялық тепе-теңдікті бұзбай тұрақты экономикалық өсуді қамтамасыз етуге қажетті көлемде энергия өндіру проблемасы шиеленіскен ахуалда. Бұл ретте, органикалық материалдардан энергияның шығарылуы нәтижесінде атмосферада көмірқышқыл газының көп мөлшерде жинақталатынын ескерген жөн, ол планетада климаттың өзгеруіне алып келеді.

Бүгінгі таңда бүкіл әлемдегі атомшы ғалымдардың күш-жігері атом энергетикасын одан әрі дамытудың мынадай негізгі міндеттерін шешуге бағытталған:

  1. Атом станцияларының қауіпсіздігін арттыру және жаңа үлгідегі реакторларды пайдалану мерзімін көбейту;
  2. Атом энергетикасының отын базасын кеңейту;
  3. Радиоактивті қалдықтардың атқарымын азайту және оларды қайта өңдеу технологиясын жетілдіру;
  4. Ядролық энергияның экономикалық бәсекеге қабілеттілігін арттыру.

Алайда, өндірілетін радиоактивті қалдықтардың көп мөлшері атом электр станцияларында өндірілетін электр энергиясының үлесін арттыру мүмкіндігін едәуір төмендетеді. Бұл жағдайда, әлемде ядролық энергетиканы дамытудың баламалы жолдары іздестірілуде, олар пайдаланылған ядролық отынның қауіпсіздік деңгейін арттыру, мөлшерін азайту және бақыланбайтын ядролық қару таралуын болдырмау сияқты міндеттерді шешуге мүмкіндік береді.

Алпысыншы жылдары гибридті жүйелер деп аталатын жүйелерді қолдану идеясы пайда болды, онда сындықтан төмен реакторлардағы ядролардың бөліну процесі қосымша нейтрондар мен жеңіл зарядталған бөлшектер есебінен жүргізіледі, олар 0,8-1 ГэВ энергияларға дейін үдетілген протондармен өтетін реакцияларда ядролардың уатылуы мен бөлінуі кезінде алынған. АDS жұмысының физикалық сценарийіне сәйкес (1-сурет), жоғары энергиялы протондар нысаналы жинамадан өту кезінде нейтрон ағынын туындатады, бұл ретте 1 протонға екінші реттік 30-40 бөлшек өндіріледі, бұл реактордың жұмыс режимін сенімді басқаруға жеткілікті болып табылады.


1-сурет – ADS жұмысының қағидалық сұлбасы

Мұндай қондырғылардың қазіргі жұмыс істеп тұрған жылулық және шапшаң нейтронды реакторларға қарағанда келесі артықшылықтары бар:

  • Мұндай қондырғылардың инерциясыздығына байланысты қауіпсіздіктің жоғарылауы. Сыртқы көз болмаған кезде олардың реактивтілігі өте аз болуы мүмкін, ал тізбекті реакция бұл жағдайда өте тез басылады;
  • Отын ретінде Th-232 және U-238 пайдалану мүмкіндігі, осылайша атом энергетикасының отын базасын айтарлықтай кеңейтуге қол жеткізіледі;
  • Радиоактивті қалдықтар мен трансуранды элементтер өндірісінің төмен деңгейі және сонымен бір мезгілде ұзақ ғұмырлы радионуклидтердің трансмутациясын жүзеге асыру мүмкіндігі. Дәстүрлі реакторлармен салыстырғанда үлкен нейтрондар ағыны және Th-232/U-233 торийлік циклді пайдалану, мамандардың бағалауы бойынша, егер гибридті энергетикалық қондырғылар дәстүрлі реакторлар сияқты таралатын болса, алдағы 100 жылда ұзақ ғұмырлы радиоактивті изотоптардың жинақталуы мен күйдірілуі арасындағы тепе-теңдікті орнатуға әкелуі керек;
  • Қоршаған ортаға зиянды техногендік әсерді азайтуды айтпағанда, радиоактивті қалдықтарды жою және сақтау шығындарын азайту, осындай қондырғылардың коммерциялық бәсекеге қабілеттілігін арттыруға алып келеді;
  • Гибридті ядролық қондырғылар қазіргі уақытта әлемде адамзаттың ядролық қауіпсіздігіне қауіп төндіретін мөлшерде (ядролық қарудың таралуы, ядролық бопсалау қаупі, сақтау кезінде ықтимал жылыстаулар және т.б.) жинақталған қару-жарақты бөлінетін материалдарды жоюда маңызды рөл атқаруы мүмкін.

Жоғарыда аталған идеяларды жүзеге асыру ұзақ уақыт бойы гибридті қондырғыларды құру кезінде туындайтын талаптарды қанағаттандыруға қабілетті зарядталған бөлшектер үдеткіштерінің жоқтығымен шектелді. Бұл протонның жоғары энергиясындағы (0,8-1,0 ГэВ) токтың үлкен шамасы (100 мА-дан астам), параметрлердің тұрақтылығы, сенімділік және т.б. Жақын уақыттан бері үдеткіш техникасы саласындағы прогресс гибридті жүйелерде қолдануға жарамды үдеткіштерді құру туралы мәселені нақты қоюға мүмкіндік берді.

Гибридті қондырғылардағы бөлінетін ядролардың нуклондық құрамы мен қозу энергиясының ауқымы дәстүрлі реакторлардағы сәйкес ауқымдарға қарағанда едәуір кең екенін атап өткен жөн. Демек, бұл жаңа тұрақтылармен қамтамасыз етуді қажет етеді, бұл өз кезегінде әртүрлі ядролармен төмен және орта энергиялы протондар мен жеңіл зарядталған бөлшектердің реакциясы, бөлінетін ядролардың нуклондық құрамы мен қозу энергиясының кең ауқымындағы бөліну жарықшақтарының сипаттамалары, радиоактивті изотоптардың қозу функциялары және т. б. туралы жүйелі ақпараттың болуын талап етеді.

Қазіргі сәтте гибридті реакторларды құру саласындағы зерттеулер әлемнің көптеген елдерінде қарқынды жүргізілуде. Халықаралық үйлестіруді Атом энергиясы жөніндегі халықаралық агенттігі (АЭХА) және Еуропалық ядролық агенттігі (NEA) жүзеге асырады. Бұл жұмыстар ядролық физика, қатты дененің физикасы, ядролық реакторлар кинетикасы, үдеткіш техника, атомдық және радиациялық қауіпсіздік, химия және басқа да салалардағы мамандардың шоғырландырылған күш-жігерін талап етеді.