Представлен расширенный вариант обзора, основанного на презентации на Форуме УФН по вопросам изменения климата и глобальной энергетики. Для выявления ключевых проблем, связанных с ядерной энергией гражданского назначения, вначале даётся краткий обзор истории, современного состояния и перспектив её использования. Ядерная энергия включается в иерархию основных источников энергии на Земле вместе со всеми типами энергетических систем, действующих на фундаментальной основе, что показывает её уникальные характеристики, качественно отличающие ядерную энергию гражданского назначения от других источников энергии. Даётся краткое описание новой парадигмы с совершенно иным набором категорий безопасности, принципов разработки и методов производства, отличных от обычной ядерной энергии, что приводит к решению для глобальной энергетической системы с гораздо более широкими возможностями будущего развития и масштабирования для борьбы с последствиями климатических изменений. Основываясь на концепциях и методах, сформулированных при изучении интеграционных свойств в комплексных адаптивных системах, мы применяем метод масштабирования для анализа безопасности и экономики ядерных реакторов и устанавливаем явную связь между масштабом реактора, ограничениями, связанными с безопасностью и объёмом производства, с кумулятивной стоимостью и производственными возможностями. Одновременное усовершенствование и оптимизация ядерной безопасности и экономичности приводят к созданию малых модульных реакторов (Small Modular Reactor— SMR) и микрореакторов (Micro Reactor — MR) как базовых технологий новой парадигмы. Мы показываем, что необходимо выпускать определённые конструкции SMR и MR, отличающиеся детерминистической фундаментальной безопасностью, которые могут обеспечить существенное снижение стоимости с ростом объёмов производства в соответствии с законом Райта (Wright's law), выполняющимся для большинства существующих технологий. Новая парадигма позволяет сделать ряд необычных и проверяемых предсказаний. Некоторые из этих предсказаний могут быть проверены частично, а для других имеются суррогатные тесты, относящиеся к успешно развивающимся технологиям и отраслям промышленности, которые к тому же легко допускают перенос в другие отрасли, и для иных возможностей реализации. Принципы и результаты масштабирования в общем случае являются применимыми к другими энергетическим системам и большинству производимых товаров.
Ключевые слова: ядерная энергия, парадигма, иерархия первичных источников энергии, базовая безопасность, серийно производимые системы, экономия за счёт масштабов производства, единичный масштаб, малые модульные реакторы, микрореакторы, глобальное решение энергетической проблемы PACS:28.41.−i, 28.50.−k, 89.30.Gg (все) DOI:10.3367/UFNr.2021.08.039082 URL: https://ufn.ru/ru/articles/2022/11/g/ 001098566300003 2-s2.0-85182890431 Цитата: Ли Н "Новая парадигма для "мирного атома". Взгляд с точки зрения иерархии источников энергии и фундаментальной безопасности" УФН192 1231–1274 (2022)
Kuhn T S The Structure of Scientific Revolutions (Chicago, IL: Univ. of Chicago Press, 1962); Пер. на русск. яз., Кун Т Структура научных революций (М.: АСТ, 2020)
Li N "A paradigm shift needed for nuclear reactors: from economies of unit scale to economies of production scale" Proc. of Intern. Congress on Advances in Nuclear Power Plants, ICAPP'09, Tokyo, Japan, May 10-14, 2009
Ux Consulting, Small Modular Reactor Assessments (2010)
Ux Consulting, Small Modular Reactor Market Outlook (2013)
Ingersoll D T, Carelli M D (Eds) Handbook of Small Modular Nuclear Reactors 1st ed. (Oxford: Woodhead Publ., 2014); Ingersoll D T, Carelli M D (Eds) Handbook of Small Modular Nuclear Reactors 2nd ed. (Oxford: Woodhead Publ., 2020)
Ingersoll E, Gogan K "Missing Link to a Livable Climate: How Hydrogen-Enabled Synthetic Fuels Can Help Deliver the Paris Goals". Lucid Catalyst, Terra Praxis, 2020, https://www.lucidcatalyst.com/hydrogen-report
Weinberg A M et al The Second Nuclear Era: A New Start for Nuclear Power (Ed. R Manning) (New York: Praeger, 1985)
Simon H A The Sciences of the Artificial 1st ed. (Cambridge, MA: MIT Press, 1969); Simon H A The Sciences of the Artificial 2nd ed. (Cambridge, MA: MIT Press, 1981); Simon H A The Sciences of the Artificial 3rd ed. (Cambridge, MA: MIT Press, 1996)
Newell A, Simon H A Human Problem Solving (Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1972)
Simon H A "The Science of Design: Creating the Artificial" Design Issues, Vol. 4, No. 1/2, Designing the Immaterial Society (Cambridge, MA: MIT Press, 1988) p. 67-82
Anderson P W More and Different: Notes from a Thoughtful Curmudgeon (Singapore: World Scientific, 2011)
Wilczek F A Beautiful Question: Finding Nature's Deep Design (New York: Penguin Books, 2016)
Wilczek F "Physical foundations of future technology" Megatech: Technology in 2050 (New York: The Economist Books, PublicAffairs, 2017)
Waldrop M M Complexity: the Emerging Science at the Edge of Order and Chaos (New York: Simon and Schuster, 1992)
West G Scale: The Universal Laws of Growth, Innovation, Sustainability, and the Pace of Life in Organisms, Cities, Economics, and Companies (New York: Penguin Press, 2017)
Bejan A Shape and Structure, from Engineering to Nature (New York: Cambridge Univ. Press, 2000)
International Atomic Energy Agency, ARIS Advanced Reactors Information System, https://aris.iaea.org
"A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems", U.S. DOE Nuclear Energy Research Advisory Committee and the Generation IV Intern. Forum, GIF-002-00 (2002),
Hecker S S (Ed.) Doomed to Cooperate: How American and Russian Scientists Joined Forces to Avert Some of the Greatest Post-Cold War Nuclear Dangers (Los Alamos, NM: Bathtub Row Press, 2016)
Slovic P "Trust, emotion, sex, politics, and science: Surveying the risk-assessment battlefield" Environment, Ethics, and Behavior: The Psychology of Environmental Valuation and Degradation (Eds M H Bazerman et al) (San Francisco: New Lexington Press, 1997) p. 277-313
IAEA, Milestones in the Development of a National Infrastructure for Nuclear Power, IAEA Nuclear Energy Series NBG-G-3.1, Rev.1 (2015)
Curtis T L et al "A Circular Economy for Solar Photovoltaic System Materials: Drivers, Barriers, Enables, and U.S. Policy Considerations" Technical Report NREL/TP-6A20-74550 (Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory, 2021); https://www.nrel.gov.docs/fy21osti/74550
Gates B Gates B How to Avoid a Climate Disaster: The Solutions We Have and the Breakthroughs We Need (New York: Alfred A. Knopf, 2021)
Gates B "Rethinking Deployment Scenarios to Enable Large-Scale, Demand-Driven Non-Electricity Markets for Advanced Reactors" Report ID 3002018348 (Palo Alto, CA: Electric Power Research Institute, 2021)