Конец урановой эры — торий — будущее ядерной энергетики? Ториевые реакторы уже строятся по всему миру

4:01 /  Новое, Технологии, ТОП
уран, торий, ториевые реакторы, ядерный синтез,

Возможно, вы никогда не слышали о тории или слышали очень мало, но в будущем вы можете услышать о нем гораздо больше. Этот неприхотливый металл однажды может составить конкуренцию урану.

Что такое торий?

Торий (Th, 90-й элемент), который в 1828 г. открыт шведским химиком Йонсом Якобом Берзелем. Это слаборадиоактивный металл, следы которого обнаруживаются в горных породах и почвах по всему миру, особенно в Индии и Айдахо (США).

Торий имеет только один основной изотоп, 232-й, а остальные существуют только в небольших количествах. Этот изотоп в конечном итоге распадается на изотоп свинца Pb-208.

Но что интересно в отношении тория, так это то, что Th-232 может легко поглощать пролетающие нейтроны и превращаться в Th-233. Этот новый изотоп испускает электрон и антинейтрин в течение нескольких минут и становится изотопом-прототопом Pa-233. Его период полураспада составляет 27 дней, после чего он превращается в изотоп урана U-233. Другими словами, ядерное топливо.

уран, торий, ториевые реакторы, ядерный синтез,

Задача состоит в том, чтобы разработать топливо и реакторы, которые могут производить больше урана-233, чем потребляет сам реактор. Если это достигается, то торий имеет преимущество перед ураном, который не может производить больше топлива или «размножаться» в обычном реакторе. Также возможно смешать торий и плутоний в гибридное топливо, в котором уран образуется с использованием плутония.

Все дело в том, чтобы найти оптимальную топливную смесь и компоновку для управления нейтронами и их поглощением. Торий также поглощает быстрые нейтроны, что делает их пригодными для использования в высокоскоростных расплавленных солях и других реакторах поколения IV, которые в настоящее время разрабатываются.

Ториевые реакторы

С 1960 г. было построено ряд ториевых реакторов, начиная с ядерного реактора на основе тория в Ок-Риджской национальной лаборатории (США), а несколько исследовательских реакторов эксплуатируются до сих пор.

Сегодня некоторые считают, что торий является решением энергетических и экологических проблем, но его развитию мешают высокие начальные затраты и множество технических препятствий.

Одна из причин медленных темпов развития заключается в том, что урановые реакторы и поддерживающая их инфраструктура имели большее преимущество после Второй мировой войны.

В 1970-х годах разработка жидкометаллического реактора быстрого охлаждения (LMFBR) для коммерческого использования казалась гораздо более многообещающей, чем торий, и правительство США после 1973 года по существу отказались от исследований тория.

уран, торий, ториевые реакторы, ядерный синтез,

В начале 21 века многие инженеры в этой области даже не знали о ториевых реакторах. Сегодня разрабатывается много различных проектов ториевых реакторов, особенно в Индии и Китае.

Усовершенствованный тяжеловодный реактор (AHWR)

Это реакторы, в которых нейтроны замедляются или останавливаются тяжелой водой, химически идентичной обычной легкой воде, но атомы водорода заменены дейтерием, то есть водородом с дополнительным нейтроном (Н2). Охлаждение происходит за счет гравитации легкой воды, которая естественным образом циркулирует в бассейне.

Поскольку торий поглощает нейтроны, это очень хорошее топливо для AHWR. Кроме того, эта технология десятилетиями использовалась в тяжеловодных реакторах, таких как CANDU. Когда топливо заменяется переработанным ураном-233, 80% производимой энергии приходится на ториевый цикл.

В последнем проекте Индии, реакторе AHWR-300, будет использоваться ториевая активная зона, когда он будет запущен в Центре атомных исследований Бхабха (BARC) в Мумбаи.

Водяной гомогенный реактор (AHR)

Водные гомогенные реакторы (AHR) отличаются от других реакторов тем, что они содержат ядерные соли, такие как сульфат урана или нитрат урана, растворенные в легкой или тяжелой воде, которая действует как источник топлива, теплоноситель и замедлитель. Растворимые соли тория можно добавлять в смесь с использованием тяжелой воды.

уран, торий, ториевые реакторы, ядерный синтез,

Реактор с кипящей водой (BWR)

Как следует из названия, реакторы с кипящей водой работают от теплоносителя для производства пара, который приводит в движение турбины. Их преимущество в том, что они имеют гибкую конструкцию с твэлами разной длины и состава, которые можно расположить в активной зоне в соответствии с ториево-плутониевым топливом.

В этих реакторах элементы тория могут быть сконфигурированы для преобразования BWR в генерирующий реактор, который производит больше топлива, чем потребляет, что обычно невозможно с ядрами тепловых нейтронов.

Реактор с водой на сжатом воздухе (PWR)

Реакторы с водой на сжатом воздухе (PWR) являются одними из наиболее распространенных ядерных реакторов, в которых используется активная зона в корпусе высокого давления для повышения температуры воды.

Хотя для этих реакторов можно производить ториевые топливные элементы, их конструкция не очень гибкая и не может производить много урана-233.

Реактор с расплавленной солью (MSR)

В жидкосолевом реакторе (ЖСР) смесь солей, нагретых до 700°С, используется как в качестве теплоносителя, так и в качестве резервуара для ядерного топлива. В этом случае смесь фторида тория и фторида урана подмешивается в соли, а не в твэлы. Это не только повышает КПД реактора, но и устраняет необходимость в тяжелых конструкциях для удержания реактора, так как он работает при атмосферном давлении и позволяет использовать системы пассивной безопасности в случае останова.

Кроме того, реактор можно регулярно заправлять топливом и очищать от побочных продуктов с помощью химического контура, поэтому он может быть генераторным реактором.

Высокотемпературный реактор с газовым охлаждением (HTR)

Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы (HTR) представляют собой реакторы поколения IV, в которых используется ископаемое топливо на основе тория, покрытое слоями пиролитического углерода и карбида кремния для улавливания газа деления, действия замедлителя и защиты топлива от высоких температур.

Реакторное топливо для этих слоев породы подается сверху, а отработанная порода удаляется снизу. Охлаждение происходит за счет циркуляции инертного газа гелия.

уран, торий, ториевые реакторы, ядерный синтез,

Высокоскоростной нейтронный реактор (FNR)

Реакторы на быстрых нейтронах (FNR) используют быстрые нейтроны вместо медленных или тепловых нейтронов, используемых в обычных реакторах.

Этот тип реактора не требует замедлителя и может сжигать торий, но также может использовать обедненный уран, которого много и он относительно недорог.

Реактор с ускорителем (ADS)

Реактор с ускорителем (ADS) — это концептуальный реактор, который может использовать торий, смешанный с плутонием. В этой конструкции плотность топлива ниже, чем требуется для поддержания ядерной реакции. Вместо этого топливо бомбардируется нейтронами, генерируемыми ускорителем частиц. В результате он очень безопасен и производит только очень короткоживущие ядерные отходы, но разработка достаточно надежного ускорителя для такого реактора остается серьезным препятствием.

Плюсы и минусы

Торий как будущее ядерное топливо имеет много преимуществ и недостатков по сравнению с ураном. И последнее, но не менее важное: еще один источник топлива значительно расширит наш доступ к имеющимся энергетическим ресурсам.

Торий присутствует в земной коре в таком же количестве, как и свинец, и поставки из США могли бы удовлетворить потребности страны в энергии на тысячу лет без тяжелого обогащения, необходимого для уранового топлива.

Кроме того, некоторые конструкции ториевых реакторов могут производить меньше ядерных отходов, чем нынешние реакторы на компримированном топливе, а образующиеся в результате отходы разлагаются намного быстрее, чем изотопы обычного топлива.

уран, торий, ториевые реакторы, ядерный синтез,

С другой стороны, разработка ториевой ядерной энергетической системы потребует дорогостоящих разработок и испытаний, что трудно оправдать, поскольку уран относительно дешев. Кроме того, топливо на основе урана по-прежнему будет необходимо в качестве двигателя для запуска ядерной реакции, а это означает, что необходимо сохранить как ториевую, так и урановую инфраструктуру.

Кроме того, существует проблема урана-233, которую трудно решить из-за проблем с излучением, поскольку он содержит следы урана-232, который является очень активным излучателем гамма-излучения.

Заблуждения

Идея использования тория для производства энергии привела ко многим заблуждениям и даже к откровенным теориям заговора. Отчасти это связано с тем, что многие проекты ториевых реакторов представляют собой усовершенствованные реакторы поколения IV и улучшенные реакторы.

Похоже, это сбило с толку людей, которые думают, что все ториевые реакторы — это нечто более продвинутое, чем урановые, а ториевые реакторы и энергетические реакторы — синонимы. В некоторых слоях это превратило торий в магическую технологию, якобы подавляемую «темными силами», но безрезультатно.

Одно устойчивое заблуждение состоит в том, что торий нельзя использовать для изготовления ядерного оружия, и от этой технологии отказались. Это верно, если мы говорим о самом тории, но U-233, который он производит, может и использовался в бомбах, хотя он слишком радиоактивен, и если конструкция бомбы неверна, оружие не будет работать должным образом.

На самом деле от тория отказались в основном по экономическим причинам — производство топлива было дорогим, а уран по-прежнему требовался в смеси.

Будущее

В настоящее время торий переживает возрождение — Нидерланды экспериментируют с технологией расплавленной соли тория, а реакторы строятся не только в Индии, но также в Китае и других странах. В мире растет озабоченность по поводу выбросов углерода, и все чаще звучат призывы увеличить долю ядерной энергетики с нулевым выбросом углерода на мировом рынке. Не исключено, что с внедрением технологии реакторов поколения IV наша энергия будет поступать из сети, содержащей уран и торий.


Архивы

Январь 2022
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Дек    
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

При копировании материалов активная ссылка на сайт обязательна. Kratko-News.com (Кратко) © 2012-2022.