ТЕХНОЛОГІЧНІ ТРЕНДИ, ЩО ФОРМУЮТЬ МАЙБУТНЄ ЯДЕРНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ
Анна Топал, інженерка Energy Safety Group, учасниця спеціалізованих програм Argonne National Laboratory та Idaho National Laboratory у США і Україні, — про технологічні напрями, що формують сучасну ядерну інженерію, розвиток розрахункового моделювання та цифрових підходів, а також компетенції, необхідні новому поколінню фахівців ядерної галузі.
Повний текст статті вперше опубліковано на Uatom.org.
Ядерна енергетика переживає період нової технологічної динаміки. У Європі формуються умови для розгортання малих модульних реакторів (ММР), у США розвиваються нові реакторні технології та регуляторні підходи до їх ліцензування. Паралельно вдосконалюються паливні цикли, системи безпеки й розрахункові інструменти, а цифровізація та штучний інтелект поступово змінюють підходи до досліджень і моделювання.
Розширюється й уявлення про можливості атомної енергії. Поряд із виробництвом електроенергії дедалі більше уваги приділяється когенерації, виробництву водню, енергозабезпеченню великих центрів обробки даних та іншим напрямам, які можуть визначати місце ядерних технологій в енергетичних системах майбутнього.
Ці процеси формують новий запит до інженерних компетенцій. Глибока спеціалізація залишається основою професії, водночас зростає значення розуміння взаємозв’язків між реакторними технологіями, паливним циклом, моделюванням, безпекою, цифровізацією та регуляторними вимогами.
Влітку у 2026 році я взяла участь у двох спеціалізованих освітніх програмах у США — The Small Modular Reactors (SMR) Summer School 2026 в Argonne National Laboratory (ANL) та MeV Summer School 2026 в Idaho National Laboratory (INL). Це дало мені можливість побачити, які технологічні напрями перебувають у центрі уваги американських досліджень і розробок у ядерній сфері та які питання визначатимуть професійну дискусію галузі найближчими роками.
Своїми враженнями від інтенсивного навчання та унікальним досвідом я поділилася зі студентами в межах програми Ukraine Summer Internship Argonne National Laboratory 2026, адже сама була їх студенткою у 2023 році. Під час зустрічі я розповіла про знайомство з передовими технологіями у зазначених провідних лабораторіях США, проте головний акцент зробила на подоланні власних страхів і виході із зони комфорту — публічних виступах англійською мовою перед досвідченими експертами галузі. Моїм ключовим меседжем стала мотивація для студентів: не зважати на мовний бар’єр, не боятися братися за складні й нові для України теми та впевнено користуватися кожною можливістю, адже один сміливий крок може визначити всю подальшу кар’єру.
Від першої літньої школи до роботи в ядерній інженерії
Мій професійний інтерес до нових ядерних технологій значною мірою сформувався ще у 2023 році, коли я взяла участь у літній школі, організованій ANL спільно з ДНТЦ ЯРБ. Тоді я навчалася на четвертому курсі й уперше детально познайомилася з можливостями використання атомних електростанцій для виробництва водню. Ця тема зацікавила мене настільки, що згодом стала основою бакалаврської роботи.
Пошук практичної інженерної експертизи для роботи над дипломним проєктом привів мене до Energy Safety Group. Спочатку йшлося про можливість отримати професійну консультацію та пройти практику, а згодом наша взаємодія продовжилася вже в межах моєї роботи в компанії. Паралельно я продовжила навчання, завершила магістратуру, а цього року вступила до аспірантури, щоб надалі поєднувати інженерну роботу з науковими дослідженнями.
Важливою складовою обох програм стало міжнародне професійне середовище. Навчання об’єднало фахівців із різних країн, які працюють у різних напрямах ядерної науки та інженерії. Спільні обговорення, обмін досвідом і можливість порівняти підходи до вирішення інженерних завдань дозволили ширше поглянути на технологічні процеси та виклики, з якими сьогодні стикається галузь.
Для українських фахівців доступ до таких освітніх і дослідницьких можливостей має особливе значення. Підтримка з боку ANL та INL, а також Energy Safety Group, яка створює умови для професійного розвитку своїх працівників, дозволила мені долучитися до цих програм і продовжити поглиблення компетенцій у напрямах, безпосередньо пов’язаних із моєю інженерною діяльністю. Для мене цей досвід також підтвердив цінність професійного середовища, у якому можна поєднувати роботу над практичними інженерними завданнями, академічну підготовку та участь у міжнародних програмах.
Технології, що змінюють архітектуру ядерної енергетики
Програми ANL та INL дали можливість подивитися на розвиток ядерної енергетики з двох взаємопов’язаних перспектив. Значна частина програми ANL була зосереджена на швидких реакторах, паливному циклі, нових видах палива, характеристиках безпеки та перспективах розгортання advanced reactors. В програмі INL акцент зміщувався на моделювання, експериментальну перевірку, аналіз безпеки, цифрові технології та регуляторні підходи. Разом це формує значно ширшу картину: нові реакторні концепції розвиваються як частина технологічної системи, де конструкція реактора пов’язана з паливом, експериментальною базою, розрахунковими методами, безпекою та майбутньою моделлю експлуатації.
Одним із напрямів, у який я найбільше заглибилася в ANL, стали швидкі реактори та пов’язана з ними логіка ядерного паливного циклу. Це технології з великою історичною базою: перша корисна електроенергія від EBR-I була отримана у США ще у 1951 році, EBR-II працював з 1963 до 1994 року, а сукупний світовий досвід експлуатації експериментальних і прототипних швидких реакторів перевищує 400 реакторо-років. Сьогодні інтерес до них формується вже в іншому контексті — ефективнішого використання ядерних матеріалів, управління паливним циклом, розвитку нових видів палива та реакторів нового покоління.
Для швидких реакторів питання палива і паливного циклу особливо тісно пов’язані з фізикою та конструкцією установки. У відкритому паливному циклі відпрацьоване ядерне паливо після витримки переходить до подальшого зберігання та остаточного захоронення. Замкнутий цикл передбачає переробку з вилученням урану і трансуранових елементів для повторного використання. Такий підхід може підвищувати ефективність використання ядерних матеріалів і змінювати характеристики відходів, що залишаються для остаточного поводження.
Практичний зв’язок між реакторною технологією і паливним циклом добре демонструє EBR-II. У межах цієї програми було опромінено понад 150 тисяч металевих паливних елементів, а технології переробки продемонстровано приблизно для 35 тисяч. Сучасні дослідження палива для швидких реакторів охоплюють металеве паливо, змішане оксидне паливо, нітридні та карбідні композиції. Їх оцінюють за поведінкою під час експлуатації, можливостями рециклінгу, технологічністю виготовлення та характеристиками безпеки.
Окремою темою була безпека натрієвих швидких реакторів. Властивості натрію та робота системи за низького тиску створюють іншу інженерну логіку порівняно з легководними реакторами. У сучасних проєктах значна увага приділяється природній циркуляції теплоносія, пасивному відведенню залишкових тепловиділень і використанню великої теплової інерції системи. Водночас перехід від експериментальних установок до промислового розгортання потребує відповідної доказової бази безпеки, спеціалізованого обладнання, кваліфікованих ланцюгів постачання та регуляторної компетентності.
Окремий напрям, який проходив через програму ANL, — це розвиток ММР. Їхня роль сьогодні розглядається значно ширше за зменшення одиничної потужності енергоблока. Модульність, можливість поетапного введення потужностей, різні реакторні технології та ширший спектр потенційних майданчиків змінюють підходи до розгортання ядерної генерації. Водночас розвиток ММР ставить перед галуззю комплекс взаємопов’язаних питань — від обґрунтування безпеки та ліцензування нових конструкцій до економіки проєктів, ланцюгів постачання та готовності інфраструктури.
Окремо під час програми розглядали, як разом із розвитком ММР та інших перспективних реакторних технологій змінюється їхня функціональна роль в енергосистемі. У сучасних концепціях малих модульних та інших перспективних реакторів поряд із виробництвом електроенергії розглядаються промислове тепло, виробництво водню, опріснення води, забезпечення великих центрів обробки даних і робота в енергосистемах зі значною часткою відновлюваної генерації. Наприклад, концепція Natrium поєднує натрієвий швидкий реактор із системою накопичення теплової енергії, що дозволяє відокремити стабільну роботу реактора від зміни електричної потужності енергоблока.
Від розрахункової моделі до доказової бази
Друга наскрізна тема обох програм — зміна ролі розрахункового моделювання. Нові реакторні технології потребують інструментів для нейтронно-фізичних і теплогідравлічних розрахунків, аналізу палива та матеріалів, перехідних і аварійних процесів, а також багатофізичних задач. Водночас складність моделі сама по собі не робить результат надійнішим. Ключовим стає питання, наскільки добре ми розуміємо межі застосовності моделі та якою експериментальною базою підтверджуються її результати.
Особливу увагу під час навчання я приділила верифікації та валідації розрахункових кодів. Верифікація дає відповідь на питання, чи коректно математична модель і передбачені алгоритми реалізовані у програмному засобі. Валідація визначає, наскільки результати моделювання відтворюють реальні фізичні процеси, і потребує порівняння з експериментальними даними, еталонними задачами та іншою доказовою базою. До цього додаються перехресна валідація, оцінка невизначеностей та зіставлення результатів різних кодів.
Цю логіку добре ілюструє RELAP5-3D, який розглядали в INL. Значна частина традиційних теплогідравлічних кодів створювалася і валідувалася передусім для легководних реакторів. Коли йдеться, наприклад, про високотемпературні газоохолоджувані реактори, попередня валідаційна база потребує окремої оцінки щодо можливості її застосування. У випадку ММР це питання також принципове, оскільки під цією назвою об’єднуються різні реакторні технології, що можуть відрізнятися теплоносієм, паливом, конструктивними рішеннями та системами безпеки. Відповідно, межі застосовності розрахункових кодів і достатність їхньої валідаційної бази мають оцінюватися з урахуванням конкретної технології. Для цього використовуються дані спеціалізованих експериментальних установок, зіставлення результатів різних розрахункових кодів і порівняння розрахунків з експериментальними даними з кількісною оцінкою похибок.
Під час програми INL значно детальніше ми ознайомилися із сучасними розробками лабораторії — обчислювальною платформою MOOSE та створеним на її основі кодом BISON. MOOSE, розробка якої розпочалася у 2008 році, забезпечує багатофізичне моделювання взаємопов’язаних процесів, тоді як BISON, який розвивається з 2009 року, спеціалізується на оцінюванні поведінки ядерного палива під час експлуатації, зокрема його температурного стану, деформацій і впливу опромінення. Порівняння цих інструментів із RELAP5-3D, розвиток якого спирається на розрахункові програми, започатковані ще у 1960-х роках, дозволяє простежити еволюцію обчислювальних підходів — від системного теплогідравлічного аналізу до багатофізичних моделей, здатних враховувати взаємодію різних процесів і властивостей матеріалів.
На цьому прикладі особливо добре видно зв’язок між моделюванням, експериментом і валідацією. Розрахунковий код використовується для прогнозування поведінки установки в нормальних, перехідних та аварійних режимах, підтримує проєктування і розрахунки безпеки та може бути частиною доказової бази для ліцензування. Довіра до результату формується всім ланцюгом — від фізичної моделі й вихідних припущень до експерименту, валідації та оцінки невизначеності.
Цей напрям безпосередньо перетинається з роботою Energy Safety Group, де розрахункові обґрунтування є складовою інженерної практики. Тому матеріали програм були цінними не як окремий навчальний досвід, а як можливість зіставити підходи, які використовуються в міжнародних дослідницьких центрах, із задачами, над якими працюють наші фахівці.
Безпека, ризик і регулювання нових технологій
Ще один важливий висновок програм стосується розвитку самої логіки аналізу безпеки. В INL багато уваги приділялося взаємозв’язку детерміністичного та ймовірнісного підходів. Детерміністичний аналіз дозволяє досліджувати фізичну поведінку установки, визначати запаси та перевіряти виконання критеріїв безпеки для заданих подій. Імовірнісний аналіз структурує можливі сценарії, їх частоти, наслідки та невизначеності. У сучасному обґрунтуванні безпеки ці підходи доповнюють один одного.
Для ММР та інших перспективних реакторних технологій це питання набуває додаткової ваги. Традиційні регуляторні рамки значною мірою формувалися навколо досвіду великих легководних реакторів, тоді як сучасні концепції ММР охоплюють різні реакторні технології, теплоносії, види палива, системи безпеки та рівні потужності. Це потребує підходів, здатних враховувати особливості конкретної технології та відповідний набір потенційних сценаріїв. У США цей перехід супроводжується розвитком ризик-інформованих, орієнтованих на результат і технологічно нейтральних підходів, які дозволяють оцінювати функції та значущість систем з урахуванням особливостей конкретної технології.
Мені близька логіка ризик-інформованого аналізу: визначити установку та небезпеки, сформувати сценарії, оцінити їх частоту і наслідки, визначити необхідні функції безпеки, а на цій основі формувати технічні рішення та доказову базу обґрунтування безпеки. Такий підхід спрямовує увагу на ризик, який необхідно контролювати, та на підтвердження ефективності обраних рішень. Для відділу, в якому я безпосередньо працюю в Energy Safety Group, такий підхід має практичне значення, оскільки якість обґрунтування залежить від того, наскільки послідовно пов’язані вихідні дані, розрахунки, критерії та висновки.
Поняття безпеки при цьому виходить за межі суто реакторної фізики чи теплогідравліки. У програмі розглядалися фізичний захист, кібербезпека та використання цифрових інструментів для моніторингу й оцінювання стану систем. Для сучасного ядерного об’єкта ядерну та радіаційну безпеку, фізичну ядерну безпеку і кібербезпеку дедалі складніше розглядати ізольовано: цифровізація створює нові можливості для аналізу й автоматизації, але одночасно формує нові залежності та вимоги до захисту.
Окремий інтерес для мене становила дискусія про штучний інтелект. У ядерній сфері його потенціал уже розглядається для аналізу великих масивів даних, підтримки моделювання, прогнозування стану обладнання, комп’ютерного зору та підготовки операторів. Проте разом із можливостями постає питання верифікованості результатів, якості даних, кібербезпеки, меж автоматизації та відповідальності людини за рішення. Для галузі з високими вимогами до доказовості це, на мою думку, буде однією з ключових професійних дискусій наступних років.
Інженерна компетентність у новому технологічному циклі
Після цих програм я ще чіткіше бачу, що розвиток ядерних технологій змінює вимоги до інженерної компетентності. Глибока спеціалізація залишається фундаментом: якісна робота з реакторною фізикою, теплогідравлікою, міцністю, імовірнісним аналізом безпеки чи паливом потребує фундаментальних знань і тривалої практики. Водночас дедалі важливішою стає здатність розуміти зв’язок власної задачі з іншими складовими обґрунтування безпеки і технологічної системи.
Інженеру, який працює з розрахунковим кодом, потрібно розуміти фізику моделі, її припущення, валідаційну базу та невизначеності. Фахівцю з нової реакторної концепції — враховувати паливо, матеріали, експериментальні дані, можливості виробництва, ліцензування та фізичний захист. Робота з цифровими технологіями й штучним інтелектом також потребує чіткого розуміння меж їх застосування у системах, де інженерне рішення має бути простежуваним і обґрунтованим.
Для нового покоління фахівців це створює складніший, але й цікавіший професійний простір. Ми приходимо в галузь із цифровими інструментами, новими методами моделювання та іншою швидкістю доступу до інформації, проте спираємося на десятиліття експлуатаційного, експериментального та інженерного досвіду. Завдання полягає в тому, щоб цей досвід не втратити, а навчитися використовувати його для розвитку нових технологій.
Участь у програмах ANL та INL стала для мене можливістю побачити цей зв’язок безпосередньо — від історії EBR-II та експериментальних установок до сучасних реакторних технологій, багатофізичного моделювання, ризик-інформованого регулювання і дискусій про штучний інтелект. В Energy Safety Group діє практика обміну професійними знаннями та досвідом усередині команди, тому після повернення я провела для колег окремий семінар, де представила ключові технологічні напрями програм, а профільні матеріали передала фахівцям відповідних підрозділів. Для мене це важлива частина професійного розвитку: нові знання отримують продовження в роботі команди й стають основою для подальшої фахової дискусії.
Ядерна інженерія завжди була сферою, де нові рішення мають спиратися на доказовість, накопичений досвід і відповідальність за результат. Технології змінюються, інструменти стають складнішими, а межі між окремими дисциплінами розширюються. Для інженера це означає поглиблювати власну спеціалізацію і водночас вчитися бачити систему цілісно — від фізики процесу до того, яким чином результат буде перевірено, обґрунтовано та використано на практиці. Можливість проходити цей шлях паралельно з роботою над реальними інженерними задачами, навчанням і міжнародними програмами багато в чому залежить від професійного середовища. У моєму випадку таким середовищем стала Energy Safety Group — із підтримкою розвитку, довірою до професійної ініціативи та можливістю повертати отриманий досвід у команду.
