Торий шанс, Българския атомен Общността

Схема LFTR ядрен реактор

Аварията в японската АЕЦ може да стимулира научните изследвания в областта на по-безопасна ядрена енергия въз основа на торий.

За почти една година на докладите от японската АЕЦ "Фукушима-1" напомнят на фронтовата линия. В много страни на света сериозно разгледа въпроса за отхвърляне на ядрената енергия като твърде опасно или да се ограничи използването му. В същото време, през 50-те години проекти са предложени по-безопасни ядрени реактори. Като "гориво" те използват торий - слабо радиоактивен химичен елемент, световните запаси от които най-малко четири пъти по-големи от уран. Преди половин век торий ядрена енергия не може да се конкурира с уран, торий, защото не можете да получите плутония, използван в ядрени оръжия. Но сега, след "Фукушима", тя даде възможност за отмъщение.

Ами забравено старо

В 40-50s, когато ядрената енергия се приема първите си стъпки, учените изследват различни варианти за контролирани ядрени реакции. Техният интерес е привлечен и торий - слабо радиоактивни хеви метъл, който заема 90-място в периодичната таблица.
Самата торий (или по-скоро най-често срещаният изотоп торий-232, от които почти 100% естествен метален елемент) не поддържа ядрена верижна реакция и не може да бъде материал за ядрена бомба. Въпреки това, когато се облъчва с неутрони торий, неговите атоми, за улавяне на неутрони се разлагат с освобождаването на значителни количества енергия.

Освен това, в резултат на серия от последователни реакции за образуване на междинни нестабилни изотопи (торий-233 и протактиний-233 с период на полуразпад, съответно, 22 минути и 27 дни) се получава торий-232 уран-233, който сам по себе си е добър ядрено гориво подходящ за всички видове модерни реактори.

В сравнение с уран, торий има няколко предимства. На първо място, да се зареждат в реактор подходящ естествен торий, който, за разлика от уран, не е необходимо да се обогати, да извърши сложна и скъпа операция раздяла изотоп. реактори торий могат да бъдат обработени оръжия плутоний, както и свеждане до минимум на използването на уран-235, която е достъпна само за човечеството естествен "Ядрена мач", способен да стартира ядрена реакция.

Освен това, ако горивните пръти трябва да се отстраняват от реактора, след като е използван тук, съдържаща по-малко от 10% "гориво", торий, може да се използва напълно до завършване на превръщането му в уран-233, който също може да се използва за поддържане на ядрената реакция. В резултат на това един тон торий може да даде същото количество енергия, 200 тона уран или 3,5 милиона тона въглища.

Ториев оксид е по-огнеупорен и устойчив материал от уран оксид, който се отваря възможността за създаване на високо торий реактор с работна температура от 700-800 градуса по. Такъв реактор може да се управлява с конвенционално оборудване пара генериращи, няма нужда от сложни системи за охлаждане и опасен за него (изтегляне, а именно недостатъчност на тези системи и доведе до произшествието, "Fukushima-1"), неговата ефективност може да достигне 50-55%, което е почти два пъти по-висока в сравнение с конвенционалните уран. Получената топлинна енергия може да се използва в различни химични процеси (получаващи амоняк, водород, въглеводород серия продукти).

Тъй като торий изисква външен източник на неутрони на ядрената реакция, този елемент е по-сигурен в експлоатация. Лесно е да се създаде схема, при реакция инцидент просто автоматично да бъде спрян (въпреки това, поради характеристиките на цикъла торий такъв реактор все пак ще продължат до междинните елементи не са се превърнали в по-стабилна уран-233, но освобождаването на енергия ще бъде значително по- по-малко). И накрая, на радиоактивните отпадъци, произведени от ядрени реакции в случай на торий е много по-опасно, отколкото конвенционалните реактори на уран, и да ги формира няколко пъти по-малки.

През 50-70-те години в редица страни (САЩ, Великобритания, Индия, Германия, СССР и др.), Извършени на различни експерименти с торий и торий-урановите реактори. През 70-80 години американската компания General Atomics и Siemens, германецът дори създали прототип реактори от 300 MW, използващи торий гориво, но по този изследвания в тази област е почти напълно прекратени.

Намаляването на лихвите в торий се дължи на редица обективни и субективни причини. На първо място, фундаментална липса на торий е неговата непригодност за производство на ядрени оръжия. В 50-те години в САЩ извършват експерименти с използването на уран-233 в атомни бомби, но в крайна сметка се даде приоритет на по-ефективна плутоний. Лъвският пай на средства за R & D в резултат бяха отпуснати за изследвания, свързани с цикъла на уран, което позволи достатъчно бързо, за да създадете и оптимизиране на технологии. Появата на ефективни и сравнително безопасни реактори светлина вода, наличието и ниска цена на ураново гориво са довели до това, че да изключи разглеждането на алтернативи, не обещава бърза възвращаемост. Както се казва, нека нещата както са.

В резултат на това не са установени адекватни технологии за производство на торий или торий-уран горивни елементи. Това не е решен и главната, може би проблемът с торий цикъл. По време на реакцията, в допълнение към уран-233, със сигурност образува малко количество (от порядъка на десети от процента) от уран-232 - краткотраен изотоп, упадъка на което води до появата на много опасен радиоактивен "смет".

Реактори General Atomics и Siemens има маса "детски болести", причинени от недостатъчна обработва. И накрая, както в изследването на торий енергия "погребан" аварията в Чернобил. След бюджетните кредити за 1986 г. за развитието на "мирен атом" е драстично намалена и всички дългосрочни алтернативни проекти са просто затворени.
Единствената страна, където торий изследвания е все още в ход, е Индия. Като големи ториеви резерви (около 300 тона, на второ място в света след Австралия), Индия още през 50-те години, разработени от оригиналната програма в три етапа от развитието на ядрената енергетика, който се очаква да се използват тези ресурси.

Тъй като Индия не е подписала Договора за неразпространение на ядреното оръжие, доскоро ядрената си индустрия се е развила в изолация и уранови запаси в страната са били забранени. Поради липсата на значителни залежи на уран, индийски ядрени инженери са предложили да се използват ограничените ресурси на ядреното гориво в реактора на първия етаж, където разработена за ядрен материал (уран-235 или плутоний-239). Тя ще се използва като източник на неутрони за торий реактор втория етап, и те, от своя страна, получен уран-233, което ще се използва като ядрено гориво в реактора трето поколение.

Индия е изпълнила успешно плана си на първия етап от изграждането на момента повече от 20 ядрени реактори, но във втория имаше засечка. През 90-те години на индийските ядрени учени излезе от международната изолация, което обяснява намаляването на интереса към торий. Досега на постиженията в тази област са ограничени до капацитета на експерименталния реактор от 13 MW в завода "Калпакам", която се провежда за разработване на уран-233 от торий.

Въпреки това, в началото на последното десетилетие, развитието на торий дойде от "кома". В момента тя се занимава с две перспективни области, които могат да бъдат в основата на бъдещата торий ядрена енергия.

нови хоризонти

Един от най-обещаващите технологии, предлагани Нобеловият лауреат Карло Рубия на Европейския център за ядрени изследвания (CERN). Според проекта предложи да се използва торий ядрено гориво, както и "потънал", за да се използва ускорител на протони. След в торий атоми с високо енергийни протони предизвика тяхното разлагане да се освободи неутрони, които се използват за стимулиране на ядрени реакции. Както се използва охлаждаща течност олово.

Според изчисленията K.Rubbia, реакторът ще генерира достатъчно енергия не само за подхранване на протонната газта, но също така да се получи малко енергия към мрежата. При тази инсталация е достатъчно безопасно, тъй като от протон ускорител води до преустановяване на работата на реактора (без затихване междинни елементи).

Въпреки K.Rubbia ефективност на реактора не е много висока, тъй като използването на енергоемки протон ускорител, което ще отнеме някои от силата. В Съединените щати, Индия и Китай през последните години тя се разглежда като алтернатива, предложен за първи път от американския физик Elvinom Vaynbergom още през 60-те години.

В този тип реактор LFTR (Liquid флуорид торий реактор) служи да се движат далеч от използването на твърди оксид горивни клетки и се използва като охладител стопени соли - флуориди в която уран и торий оксиди се разтварят добре. В такъв реактор, работно налягане е само около 0.1 атм, която практически елиминира възможността от злополука поради разликата в корпус (разбира се, при условие, че не се получава с материал корозия). стопилката на сол е с температура от порядъка на 540 градуса, което прави възможно да се възползват от високата температура реактора.

Системата е в състояние да се саморегулира. Ако стопилката е твърде горещ, се разширява в обем, в резултат на действието на източник на неутрони (горивна клетка или плутоний-235) се присъжда малко торий атома, и реакцията се забавя. След охлаждане на сместа, съответно, се пресова, което позволява да се ускори реакцията. По този начин, торий реактор не изисква сложна система за контрол, както и в традиционния завод.

Реакторът за торий е много интересен проблем със сигурността, е решен. Съгласно е планирано корпуса на реактора за инсталиране на резервоара, затвори "тапа" от същата смес на флуориди, подкрепени от твърдо състояние поради непрекъснато охлаждане. В случай на прекъсване на електрозахранването, както в произшествието, "Fukushima," охлаждане спира "тапа" се разтопи и сместа се влива в резервоара, където ядрената реакция се прекратява поради липсата на източник на неутрони и стопилката се охлажда.

Според M.Anisimova прогнозна стойност от 1 мегават реактор ще бъде около $ 250 000, а за неговата работа ще бъде достатъчно само на 20 кг торий годишно. Компанията, която се създаде такъв реактор може да бъде веднъж на няколко години, за да извърши службата си, прекарано разтоварване на гориво и зареждане с нова.

На необходимостта от ускоряване на научните изследвания в областта на енергийната торий беше обявено в Индия миналата година. И след аварията в "Фукушима" на Torii говори и много други експерти от индустрията.

Събуждането на интерес към торий се дължи на няколко причини. На първо място, ториеви реактори на LFTR (прилича на тази технология все още се смята за най-обещаващите) са значително по-безопасен в сравнение с конвенционалните уран. Те не застрашава прекъсвания високи напорни тръби на охладителни системи, поради липсата него. Те могат напълно да се избегне използването на вода, които могат да се разлагат в кислород и експлозивен водород. Те произвеждат по-малко радиоактивни отпадъци. И накрая, торий реактор, за разлика от уран, не може да "влезе в съблекалнята."

На второ място, торий в света много повече, отколкото на уран. Това е опасността от изчерпване на резервите на последния е един от най-големите стимули за развитие на торий енергия в Китай и Индия, където се планира да изгради няколко десетки ядрени реактори през следващия четвърт век.

На трето място, потенциалното използване на торий може да осигури евтина енергия свят. Според M.Anisimova на изчисления, разходите за енергия, генерирана от малък торий реактор може да бъде по-малко от 1 цент на 1 кВтч - по-малко от всеки друг енергиен агрегат.

Разбира се, преди изграждането торий реактор, е необходимо да се реши много проблеми, тъй като създаването на цялата промишленост за извличане на ториев оксид и получаване на концентриран или чист метал и завършва с уран-232 с неговите продукти на делене радиоактивни. Има специфични изисквания и да корпусите и тръбопроводи, които трябва да издържат на температури от стотици градуси и корозионното въздействие на горещи разтопени соли при непрекъсната работа в продължение на няколко години.

Въпреки това, според експерти, всички тези проблеми могат да бъдат решени - при създаване на модерен уран ядрената енергия е трябвало да преодолява не по-малко технически пречки. Основното нещо, което някой е решил да отдели средства за научни изследвания и осъществяване на пилотни проекти.

Докато торий ядрена енергия остава в света редки екзотични. Считано от днес, само Китай и Индия за провеждане на научни изследвания в тази област, както и първите практически резултати, очевидно, не трябва да се очаква скоро. Въпреки това, в дългосрочен план използването на торий е много обещаващо.

Украйна, със своята намалял през последните 20 години на научния потенциал в областта на научните изследвания торий енергия в момента е малко вероятно. Въпреки това, на базата на това. Освен това, Украйна депозитите на моназит пясъци (моназит - най-изобилен торий съдържащ минерал до 10% от метал) - пласьорите титан-циркониеви в южната част на региона Донецк.

Дори и след "Фукушима" е малко вероятно да се откаже от ядрената енергия. Но използването на торий в бъдеще може да го направи по-евтино и по-сигурно.