Проект «Гермес» ознаменовал собой первый за пятьдесят лет реактор в США, не использующий воду в качестве теплоносителя. Его особенность заключается в иной конструкции: в данном случае соль применяется исключительно для охлаждения реактора, а не в качестве растворителя для ядерного топлива в активной зоне.
В 1960-х годах в США были созданы первые экспериментальные реакторы с использованием жидких солей. В них ядерное топливо находилось в растворенном состоянии в солях с общей формулой FLiBe. Данный подход обеспечивал возможность удаления отработанного топлива и одновременной загрузки свежего прямо в процессе эксплуатации реактора, исключая необходимость его остановки для перегрузки.
Соль обладала способностью быстро нагреваться до 700 градусов Цельсия, что обеспечивало более высокий КПД – на 30-40% превышающий показатели существовавших водо-водяных реакторов. Нагрев соли осуществлялся при давлении, близком к одной атмосфере, в отличие от 150-200 атмосфер, используемых в водо-водяных реакторах. В результате, оболочка реактора не требовала значительной толщины, подобной броне линкора или современных реакторов, и составляла всего несколько сантиметров.
У этих реакторов имелись существенные недостатки: взаимодействие соли и ядерного топлива приводило к высокой коррозионной активности. Применение для передачи тепла за пределы первого контура вызывало появление вынужденной радиоактивности в трубопроводах и теплообменниках. Также выделялось значительное количество трития (из литиевого компонента соли), что создавало коррозионные и радиационные трудности для конструкционных элементов реактора.
Теперь американская компания Kairos Power начала строительство демонстрационного реактора малой мощности «Гермес», в котором жидкосолевую концепцию серьезно изменили. Ядерное топливо не будет растворено в солевой среде, а будет упаковано в TRISO — шарики, представляющие собой частицы, в которых топливо (оксид урана) помещено в оболочку из пиролитического графита, поверхность, покрытая карбидом кремния, дополнительно покрывают слоем пиролитического графита.
В данном реакторе ядерная реакция инициируется замедлением тепловых нейтронов с помощью графита, что определяет его как реактор на медленных нейтронах. Это является недостатком, поскольку предыдущие жидкосолевые реакторы использовали быстрые нейтроны и могли функционировать как реакторы-размножители, производя делящийся плутоний из неделящегося урана-238.
В новой конструкции есть и преимущества. Соль FLiBe, которая окружает стальную емкость с шариками TRISO, не содержит ядерного топлива и, следовательно, не является радиоактивной. Это приводит к уменьшению нейтронной нагрузки и, как следствие, снижает образование теллура – вещества, вызывавшего растрескивание стальных поверхностей в ранних жидкосолевых реакторах).
Нагретая в реакторе соль направляется в теплообменник, где она передает тепло промежуточной соли, содержащей некие нитраты (состав не уточняется). Получившаяся расплавленная смесь нитратов используется для нагрева воды, подаваемой в парогенераторы, до температуры не ниже 585 °C. В сочетании с пароперегревом это, как предполагается, может увеличить эффективность подобных реакторов до 45%. Для сравнения, традиционные водо-водяные реакторы обычно имеют КПД не выше 35%, а натриевые реакторы – не более 40%.
Гермес», находящийся в стадии строительства, планируется ввести в эксплуатацию в 2027 году. Реактор, являющийся демонстрационным, не предназначен для производства электроэнергии, а сможет генерировать только тепло. Это позволяет разработчикам оценить устойчивость новой концепции жидкосолевых реакторов к коррозии и другим потенциальным проблемам, характерным для реакторных установок. В случае успешного завершения испытаний, Kairos Power рассчитывает начать серийное производство модульных реакторов типа «Гермес» мощностью 145 мегаватт электрической мощности в начале 2030-х годов.
Инвестиции самой компании в проект достигнут 100 миллионов долларов. Дополнительные 300 миллионов долларов предоставит Министерство энергетики США. В Соединенных Штатах этот проект подвергся критике, поскольку, по мнению некоторых, его преимущества не столь значительны. Дожигание минорных актинидов (наиболее сложный для утилизации компонент ядерного топлива) в нем не предусмотрено, так как технология TRISO неэффективна при использовании данного вида топлива. Кроме того, реактор не сможет функционировать как реактор-размножитель, поскольку использование медленных нейтронов препятствует преобразованию неделящегося урана-238 в делящийся плутоний.
В конечном счете, среди достоинств жидкосолевого реактора остаются лишь высокая температура активной зоны и, как следствие, более высокий КПД. Учитывая возможные трудности, связанные с коррозией из-за использования агрессивных солей, это не кажется безопасной инвестицией.
В случае успешного решения проблем коррозии, подобные реакторы могут оказаться более экономичными по сравнению с водо-водяными, благодаря более легкому и простому корпусу, а также меньшим габаритам, характерным для таких АЭС.