Ториевые реакторы. Ненаставшее будущее. Нефть уран торий


ТОРИЙ И УРАН

Металлургия редких металлов

Элемент торий был открыт в 1828 г. Берцелиусом в минерале, найденном в Норвегии и позже названном торитом (ThSi04). Элемент назван по имени бога грома в скандинавской мифологии - Тора.

Чистый торий был получен только в 1934 г. ван Аркелем термической диссо­циацией иодида тория. Радиоактивность тория была обнаружена в 1896 г. Кюри.

Уран открыт в 1789 г. Клапротом в урановой смолке (U3Og). Более 40 лет после открытия за металлический уран принимали его 'диоксид. Только в 1841 г. Пелиго был получен металлический уран восстановлением его хлорида калием. Радиоактивность минералов ураиа была открыта в 1896 г. Беккерелем. В 1898 г. Мария и Пьер Кюри открыли радий в урановых рудах.

До 1900 г. урановые руды перерабатывали в небольших количествах с целью получения соедииевий ураиа, применявшихся в живописи (урановая желтая), для окраски стекла и керамики. С 1900 по 1942 г. урановые руды перерабатывали главным образом для извлечения радия. С 1942 г. и по настоящее время основ­ная цель переработки руд - производство ураиа для ядерных реакторов.

Свойства тория и урана

В 1946 г. Г. Сиборг выдвинул гипотезу, согласно которой в Периодической системе после актииия начинается новая переходная группа элементов актини­ды (или актиноиды), подобная лантаноидам, в которой заполняется оболочка 5/. Эта точка зрения в настоящее время общепринята. К ряду актиноидов отно­сят торий, протактиний, ураи и заураиовые элементы (нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобе­лий). Первые члены этого ряда - торий, протактиний и ураи, обычно включав­шиеся соответственно в IV, V и VI побочные группы Периодической системы, ие могут по основным химическим свойствам рассматриваться как аналоги актииия и лантаноидов. Кроме того, спектральные исследования указывают иа отсутст­вие 5/-электроиов у тория и протактиния, а возможно и у ураиа. Следует, од­нако, учитыватать близость энергий электронов иа уровнях Sf и 6d у атомов тяжелых элементов, что обусловливает легкость перехода электронов с одного уровня ва другой. Имеется ряд доводов в пользу отнесения тория и урана к группе актиноидов. Так, в металлическом состоянии торий и уран (так же, как и траисураииды) близки по свойствам лантаноидам и резко отличаются от цир­кония, тантала и вольфрама. Свойства химических соединений ураиа значитель­но отличаются от свойств соединений вольфрама.

Хотя торий по химическим свойствам несомненно близок цирконию и гафнию, ио большее сходство прослеживается между торием и четырехвалентным церием. Активоиды подобно лантаноидам отличаются парамагнитными свойствами. Измене­ние магнитной восприимчивости катионов урана и траисуранидов в водных рас­творах аналогично и для ряда лантаноидов.

Природный торий содержит практически один изотоп 2^Th (Ti/Z = 1,39* * 1010 лет), являющийся родоначальником радиоактивного семейства, заканчива­ющегося изотопом свинца 2gfPb. Природный уран состоит, из трех ° изотопов с массовыми числами 238 (99,28 %)," 235 (0,71 %) и 234 (0,005 %). Изотопы 238U (Гi/2 = 4,5' 109 лет) и 235U (Т\/г - 7,1 • 10* лет) являются родоначальниками радиоактивных семейств ряда (4п + 2) и (4л + 3) соответственно.

Физические свойства

Торий мягкий, серебристо-белый металл ^в свежем срезе). Известны две крис­таллические модификации тория. До 1400 QC устойчива (Х-форма с гранецентри - рованной кубической решеткой, выше 1400 С ^-форма с объемноцентрированной кубической решеткой.

Уран-пластичный металл серо-стального цвета. Известны три его модифика­ции: а-уран устойчив до 662 С, кристаллизуется в орторомбической системе; /3-уран устойчив в интервале 662 - 769 С, структура тетрагональная; у-уран с кубической гранецентрированной структурой, устойчив выше 769 С. Ниже приведены некоторые физические свойства тория и урана:

Торий Уран

Атомный номер 90 92

Атомная масса "233,038 238,03

Плотность р 0 , г/см3 11,7 18,5-19

20 С

Температура, °С:

TOC \o "1-3" \h \z плавления 1750 ИЗО

Кипения 3500-4200 3700-4200

Удельное электросопротивление

Р о -106, Ом-см 13-18 30,0

25 С

Сечение захвата тепловых нейтронов

П-102", см2 . 7,31 7,68

(природная смесь изотопов)

Работа выхода электронов, эВ .... 3,51 3,27

Временное сопротивление, МПа .... 200-220 400-800*

Твердость НВ, МПа 530-700 1500 *

Модуль упругости Е 0 , ГПа 70 190

Ї 25 С

,в зависимости от режима отжига деформированного металла. После отжига деформированного металла при 770 °С. Механические свойства урана сильно зависят (учитывая анизотропию крис­таллов металла) от режима механической и термической обработки. Нагрев ура­на при температурах устойчивости /3- и ^-модификаций с последующей закалкой не приводит к фиксированию /3- или у-форм, но вызывает измельчение зериа и ликвидирует текстуру, возникающую при механической обработке.

Химические свойства

На воздухе торий и уран при обычной температуре медленно окисляются, по­крываясь черной пленкой оксида, тормозящей, но не приостанавливающей корро­зию. Уран при температуре выше 150 С, а торий выше 400 С быстро окисля­ются.

В системе торий - кислород известен только один устойчивый оксид ThOj. Диоксид тория плавится при 3200 С и обладает высокой химической проч­ностью.

В системе ураи-кислород установлено шесть оксидов, среди них важнейшие U02, U308 и U03. Растворимость кислорода в тории и уране незначительна. Ургн и торий активно реагируют с водородом при 250 — 300 и 400 — 600 С со­ответственно с образованием гидридов (Uh4, Thh3 и Thh475). При этом перво­начальная заготовка превращается в порошок. Гибрид урана разлагается выше 430 С, гидрид тория — в вакууме при 700 — 800 С.

Металлы при температурах 600 - 800 С реагируют с азотом, образуя нитри­ды (U2N3, Th3N3, UN, ThN). Нитриды урана труднорастворимы в кислотах и инертны к растворам щелочей. Нитриды тория разлагаются водой с выделением аммиака. С углеродом уран и торий образуют карбиды (UC, U2C3, UC2, ThC, ThC2). Карбиды разлагаются водой с выделением углеводородов.

С фтором уран и торий реагируют на холоду, с другими галогенами — при нагревании. Среди фторидов урана важнейшие UF6 (используют для разделения изотопов урана) и UF4 -^служит исходным соединением для производства урана.

^ба металла до 100 С медленно корродируют в воде, водяной пар выше 200 С активно окисляет уран и торий с образованием U02 пар выше 200 °С ак­тивно окисляет уран и торий с образованием U02 и Th02. Торий на холоду мед­ленно корродирует в азотной, серной и плавиковой кислотах, легко растворя­ется в соляной кислоте. Растворы щелочей слабо действуют на торий.

Плавиковая кислота слабо действует на уран (образуется защитная пленка UF4). Металл на холоду не реагирует с разбавленной серной кислотой, при на­гревании скорость коррозии примерно та же, что в воде. Соляная кислота ак­тивно растворяет уран, в азотной кислоте растворение протекает с умеренной скоростью.

Химические соединения тория

Наиболее устойчивы производные высшей степени окисления тория +4. Соеди­нения низшей степени окисления в водных растворах не обнаружены. Для иоиов Th5+ в водных растворах характерна способность к образованию комплексных соединений. К наиболее важным соединениям тория, которые выделяются из вод­ных растворов, относятся:

Гидроксид тория Th(OH)4 - осаждается при рН = 3,5+3,6 в виде аморфного осадка. Произведение растворимости ~1040;

Нитрат тория - хорошо растворимая соль, выделяется в составе кристалло­гидрата Th(NOj)4 • лН20(л = 5 или 6). Выше 160 С разлагается с образовани­ем ТЮ2;

Сульфат тория Th(SOj2 • пН20 - умеренно растворим в воде, образует ма­лорастворимые двойные сульфаты с сульфатами щелочных металлов Ме2S04 " Thfcoj, • /»Н,0;

Фторид тория ThF4 — осаждается с различным числом молекул воды, раство­римость в воде 1,7 ' Ю-4 г/л. Соль малорастворима в минеральных кислотах;

Оксалат тория ThfCflJ ' 6Н20 - практически нерастворим в воде и 3 - 4 н. растворах кислот. Соль растворяется в растворах оксалатов щелочных ме­таллов и аммония с образованием комплексных солей типа Afe4[Th(C204)4];

Основной карбонат ТНОСОЪ - 8НгО - малорастворим в воде, растворяется в растворах карбонатов щелочных металлов и аммония с образованием комплексов MejThfcO^j];

Фосфаты тория ТН3(Р04)4 • 4НгО и ThP207 • 2НгО - малорастворимые соли, вы­деляются из слабокислых растворов.

Химические соединения урана

В нейтральных и кислых растворах шестивалентный уран существует в виде иона уранила VO§+, окрашенного в желтый цвет. Из растворов в интервале рН = = 3,8+6,0 (в зависимости от концентрации урана) выделяется малорастворимый гидроксид уранила Ш2(ОН)2. К хорошо растворимым солям уранила относятся. нитрат U02(N0j)2, сульфат U02S04, хлорид Ш2С12, фторид U02F2, ацетат U02(Ch4C00)2. Эти соли выделяются из растворов в виде кристаллогидратов с различным числом молекул воды.

Среди малорастворимых солей уранила, используемых в технологии, следует назвать оксалат ураиила UOjCjO^ фосфаты ураиила U02HP04 и (U02)2P207, ура - нилфосфат аммония Nh5U02P04, уранилванадат натрия NaU02U04, ферроциаиид (U02)2[Fe(CN)6].

Для иона уранила характерна склонность к образованию комплексных соеди­нений. Так, известны комплексы с ионами фтора типа [U02F3]~, [U02F5]3- и [U02F6]4- нитратные комплексы [UO^NOj)^- и [U02(N0j)4]2~ сернокислые ком­плексы [UO^SO^J2- и [U02(S04)3]4-, карбонатные комплексы [UO^CO^J4- и др. При действии щелочей иа растворы солей уранила выделяются трудиораство - римые желтые осадки солей диурановой кислоты — диураиатов типа Me2U207. Осаждение диуранатов натрия и аммония широко используют в технологии пере­работки уранового сырья.

Ураи образует малорастворимый гидрат пероксида U04 • 2Н20, который осажда­ется из слабокислых растворов при добавлении пероксида водорода.

Ураи (UI) восстанавливается в кислых растворах до U4+ железом, цинком, алюминием, гидросульфитом натрия. Растворы U4+ окрашены в зеленый цвет. Со­единения четырехвалентного ураиа в большой степени сходны с соединениями четырехвалентного тория.

Из растворов, содержащих ионы U4+, щелочами осаждают гидроксид ураиила UO(OH)2, плавиковой кислотой — фторид урана UF4 ■ 2,5Н20, щавелевой кисло­той — оксалат урана U(C204)2 • 6Н20. К малорастворимым солям U4+ относятся также карбонат и фосфат ураиа.

Области применения

Торий. Потенциальный потребитель тория - ядерная энер­гетика. Под действием тепловых нейтронов природный торий (изотоп232ТЬ) превращается в способный к делению изотоп изи. Однако в настоящее время потребление тория в этой области ограничено, вследствие достаточных ресурсов урана.

Следует отметить и другие области применения тория. Так, торий и его соединения используют для легирования сплавов на железной, никелевой, кобальтовой, медной, маг­ниевой и алюминиевой основе. Особое значение приобрели сплавы магния с добавками 1,5 - 2,5 % тория в реактивной авиации и ракетной технике. Благодаря высоким эмиссионным свойствам применяют торий в составе электродного материа­ла в газоразрядных лампах, а также в виде ториево- оксидных катодов в производстве магнетронов. Присадки Th02 вводят в вольфрам для регулирования рекристаллизации вольфрамовой проволоки; Th02 используют в качестве огне - упора. Металлический торий, Th02 и другие соединения то­рия применяют в химической промышленности в составе ката­лизаторов в органическом синтезе.

У ран. Уран служит основным горючим в ядерных реакто­рах. Два изотопа 235U и 233U способны к цепной реакции деления на медленных нейтронах. Первый из них — 235U со­держится в природном уране, поэтому его называют первич­ным ядерным горючим.

Второй делящийся изотоп — изи получается при облуче­нии тория тепловыми нейтронами:

232 1 233 fi 233 0 233

9oTh + п0 9oTh > 91Ра * м U. (13.1)

239

Третий элемент, способный к делению — плутоний (мРи) получается в ядерном реакторе в результате поглощения части нейтронов (образующихся при делении ^и) основным изотопом урана с последующими двумя ^-превращениями:

238 1 239 /5- 239 в— 239

92и + п0 - 92U * 93 Np * MPu. (13.2)

В процессе деления изотопов И5и, 233и и 239Ри осво­бождается громадная энергия. Так, теплотворная способ­ность И5и примерно в 5-Ю7 раза больше теплотворной спо­собности каменного угля.

В ядерных реакторах уран (чистый или легированный не­которыми металлами) применяют в виде блоков, заключенных в защитную оболочку из алюминия или из других металлов (например, циркония).

В энергетических реакторах инога используют уран, обо­гащенный изотопом M5U. В некоторых типах реакторов при­меняют горючее в форме твердых соединений (например, U02), а также водных растворов соединений урана или жид­кого сплава урана с другими металлами.

Кобальт - это цветной металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. Этот металл немного тверже железа. Окисление кобальта происходит при температуре свыше трехсот градусов с образованием оксида желтого цвета. В раздробленном …

Если вы решите построить дачу или загородный дом, стоит запомнить одну очень важную вещь – нельзя экономить на проводке, канализации, водоснабжении, отоплении и т.п. Иначе, в случае какой-нибудь аварии, ремонт …

В результате переработки монацита получают два вида продуктов: ториевый концентрат и техническую (загрязнен­ную примесями) смесь соединений РЗЭ. В промышленной практике исползуют два способа разложе­ния монацитовых концентратов: Серной кислотой; Растворами гидроксида …

msd.com.ua

Ториевые реакторы. Ненаставшее будущее. | Альтернативная История

Ещё одна история подобная ЭКИПу. Как у нас отняли разработки ториевых реакторов.

 

Президенту Российской Федерации

      Д.А. МЕДВЕДЕВУ

     Господин Президент!

     Как стало известно, на апрельском саммите "двадцатки" вами была предложена идея введения новой резервной валюты с возможным частичным ее обеспечением золотом.

     Позвольте дополнительно усилить вашу идею о резервной валюте, но с обеспечением ее уже не золотом, а существующими гораздо более значительными залоговыми ценностями, причем находящимися повсеместно только в государственной собственности.

     Речь идет о находящихся, подчеркиваю, именно в государственной собственности, избыточных запасах оружейного урана и плутония. Этот особый стратегический материал наработан известными ядерными державами, строго говоря, не столько для целей широкого военного применения, сколько для обеспечения так называемого ядерного сдерживания.

     Начиная с 60-х годов прошлого столетия среди специалистов-физиков начал усиленно обсуждаться вопрос о возможном в будущем не военном, а сугубо мирном применении указанных материалов. И такое применение было найдено! Оружейный уран и (или) плутоний в перспективе становятся своего рода приводными стартерами для запуска мирной ториевой энергетики на соответствующих атомных элетростанциях (АЭС).

     В порядке представления предельно краткой справки по этому вопросу сообщаю следующее.

     Торий, как давно известно, неотвратимо заменит уран в АЭС, но для запуска такой ториевой энергетики, точнее — для ее исходной "растопки", необходима стартовая присадка незначительной части (менее 1-го %) именно оружейного урана или плутония. При этом, как следует из расчетов, одна тонна оружейного урана при соответствующем применении в ториевом реакторе способна инициировать итоговое энерговыделение, эквивалентное более 100 миллионам тонн нефти. Величиной также порядка стоимости 100 млн. тонн нефти должна быть соответственно оценена и каждая тонна таких "растопочных спичек"

     Другими словами, именно сами правительства тех стран, которые располагают избыточными запасами оружейного урана и плутония, фактически становятся собственниками поистине сверхгигантских залоговых ценностей в применении к будущей ториевой энергетике, которые несопоставимо превышают стоимость всех мировых запасов золота и измеряются несколькими десятками триллионов (!) долларов США.

     Таким образом, сбывается давнее предвидение всемирно известного ученого, лауреата Нобелевской премии, более 12 лет руководившего Комиссией по атомной энергии США, Глена Теодора Сиборга, который еще в 1971 году утверждал, что: "плутоний может даже заменить золото в качестве мирового монетарного стандарта — по крайней мере он обладает реальной внутренней стоимостью". Эта "…внутренняя стоимость" представляет собой энергию, получаемую с помощью плутония в ториевом реакторе. При этом очевидно, что собственно само потребление энергии — это поистине вечная и абсолютно ликвидная ценность во все будущие времена. Энергия — идеальный всеобщий эквивалент.

     В итоге человечество впервые встречается с предстоящей заменой существовавшего ранее в мировой финансовой системе золотого стандарта на энергетический его эквивалент, присущий соответственно вводимому энергодоллару, энергоевро, энергорублю и т.п.

     Проиллюстрируем сказанное конкретным примером. Печально известная глобальная афера с фондовым рынком, исходно организованная Федеральной Резервной Системой (ФРС) США, вполне возможно приведет в дальнейшем к тому, что доллар подвергнется дефолту. Это грозит тяжелыми последствиями для очень многих стран, исторически сориентированных на доллар, включая Россию. Вместе с тем, известно, что к настоящему времени в США уже наработано почти 1000 т оружейного урана, находящегося, повторяю, в собственности только самого Правительства США. То есть в США уже произведено (аккумулировано на складах!) реальных энергетических ценностей именно для будущей ториевой энергетики на сумму, эквивалентную стоимости более 100 миллиардов тонн нефти!

     Возникает ряд вопросов. Первый: почему мировому сообществу не обратить на указанный факт свое особое внимание и обязать Правительство США , как собственника этих энергетических ценностей будущего, погасить известную мировую финансовую задолженность США под соответственно оформленный залог именно этих, повторяю, фактически уже наработанных на будущее залоговых ценностей? Второй: знает ли новый Президент США Б. Обама о том, что его предшественник Д. Буш (после известных событий 11 сентября 2001г. и передачи ему через Э. Теллера письма от автора) официально провозгласил еще в 2003г. развитие ториевой энергетики особой Федеральной программой США? Третий: разве не для обеспечения будущей, именно ториевой энергетики, в США не сбавляются темпы наработки оружейного урана, уже давно и многократно превышающие сами чисто военные потребности?

     В указанном введении новой энерговалюты, несомненно, заинтересованы все ядерные державы, особенно Китай и Франция, а также Германия и частично сама Россия. Частично потому, что в России еще с ельцинских времен совершается явно тягчайшее государственное преступление, а именно: почти весь российский арсенал оружейного урана в количестве 500 тонн передается в США по так называемой урановой сделке Гор — Черномырдин, причем передается всего лишь за тысячную долю его потенциальной стоимости. Эта сделка завершается к 2013 г. Все попытки ее денонсации, включая Решение выездной Комиссии Госдумы РФ (из 5 (!) профильных Комитетов под председательством известного физика из Арзамаса-16 И.И. Никитчука) и Рекомендации проведенных Закрытых парламентских слушаний (03.06.97), а также многочисленные выступления генерала армии И.Н. Родионова и многих других депутатов, в т.ч. в СМИ, и даже включая Конституционно самое обязывающее Постановление Совета Федерации от 29.03.2000 г. — всё безрезультатно! Высшая власть в России — безмолвствует до сих пор! Вместе с тем, разграбление России именно по этой сделке стократно (!) превышает известный Стабилизационный Фонд и др.

     Эта тема для — особого изложения. Кратко же отмечу, что после вышеуказанного предвидения Г. Сиборга автор сделал специальный доклад на заседании Президиума Совмина СССР (12 апреля 1972 г.), в котором, в частности, содержалась исходная информация о новом направлении в реализации ториевой энергетики. Позже созданный Институт физико-технических проблем металлургии и специального машиностро- ения (по Распоряжению Совмина СССР от 29.12.89г. — при особой поддержке экс-премьера Правительства СССР Н.И. Рыжкова), повторяю, созданный, в частности, для дальнейшего развития ториевой энергетики, вскоре после сделки Гор—Черномырдин был буквально с диким беззаконием остановлен в своей работе с похищением всех архивов этого Института (включая всю секретную информацию!) со взломом помещения и др. Расследования этих явно преступных фактов автору не удается добиться до сих пор!

     Возвращаясь к исходно главному — необходимо ответственно признать, что глобальный кризис заставляет исторически заново переоценить все имеющиеся ценности. Золото или Энергия — что будет преимущественно править в посткризисном мире?

     С уважением, Лев Максимов — и.о. директора Института ФТПМ и СМ, директор ООО "НТЦ ФТЭПЭ"

zavtra.ru

 

Новосибирский физик Лев Максимов изобрел экологически чистые АЭС

Самый гениальный писатель ХХ века Курт Воннегут как-то заметил: «Мы все находимся в наркотической зависимости от жидкого топлива, стоим на грани синдрома лишения: померкнет свет, наступит холод, опустошение». Что же, энергетика, построенная на углеводородах, похоже, себя исчерпала. Мировое энергопотребление к 2050 г., по прогнозам авторитетных ученых, достигнет 15-25 млрд. т. н. э. (тонн нефтяного эквивалента), что приведет человечество к очевидной катастрофе. В качестве решения этой проблемы у нас решено строить десятки новых атомных станций и плавучих АЭС, в реакторы которых загружают оружейный уран. Люди просвещенные против: мы окончательно погубим планету, на которой живем.

 Между тем уже несколько лет новосибирский физик-ядерщик Лев Максимов предлагает прорывной энергетический проект. Он не только способен вывести Россию из грядущего энергетического кризиса, но и дать ей шанс стать Державой №1. Физик Максимов призывает строить подземные ториевые станции. Россия - к слову - сказочно богата торием.

50 лет без перезагрузки

 ЛЕВ Максимов в недавнем прошлом - директор Института физико-технических проб­лем металлургии и машиностроения в Новосибирске. Там он и разработал проект модернизации атомной станции с использованием тория вместо урана. Это снимает с повестки дня опасность радиоактивного загрязнения при возможных авариях реакторов и вопрос терроризма. Одновременно решает самую глобальную экологическую проблему - утилизацию отработанного ядерного топлива.

 - В моих работах обоснована технология перехода мировой ядерной энергетики на новую элементную базу, - рассказал «Аргументам неделi» Лев Николаевич, - с использованием принципиально новой конструкции тепловых элементов (ТВЭЛов). С ними ториевый ядерный реактор способен работать без перезагрузки от 30 до 50 лет. Загруженное ядерное топливо заканчивается в нем, когда сама станция исчерпывает свои ресурсы. Нынешние же урановые реакторы пополняют землю ядерными отходами каждые полтора-два года. В отличие от урана при использовании тория не образуются плутоний и другие трансурановые элементы.

 Очень важно и то, что в ториевой ядерной энергетике есть перспектива использования государственных запасов оружейного урана и плутония в мирных целях. Эти стратегические материалы могут быть применены в качест­ве так называемого запального элемента в ториевых реакторах.

Сделка Гор - Черномырдин

 В РОССИИ ториевый проект Максимова постоянно пытаются «задвинуть». В чем же причина? Дело в том, что в ториевой энергетике запальным элементом служит оружейный уран. А в 1993 г. Виктор Черномырдин, который был тогда в ранге премьер-министра, утвердил «Соглашение между правительством РФ и правительством США об использовании высокообогащенного урана, извлеченного из ядерного оружия». Этот позорный документ еще называют ВОУ-НОУ, или «Мегатонны в мегаватты». Соглашение с американской стороны подписал Альберт Гор. В ходе работ высокообогащенный уран (ВОУ) из боеприпасов перерабатывается в низкообогащенный уран (НОУ). В соответствии с этим документом наша страна обязалась передать США 500 т оружейного урана, то есть практически весь ядерный потенциал страны.

 - Глава правительства при отсутствии контроля продал по дешевке наш ядерный паритет, - считает доктор технических наук, бывший депутат Госдумы Иван Никитчук (в ГД Иван Игнатьевич был депутатом с 1995 г. по 2003 г.).

 Кстати, именно выездная комиссия из пяти профильных комитетов Госдумы во главе с доктором технических наук, физиком из Федерального ядерного центра России (Арзамас-16) Иваном Никитчуком в 1997 г. проверяла в Институте физико-технических проб­лем металлургии и специального машиностроения обоснование ториевого проекта. В итоге комиссия заявила, что те 500 т, которые американцам передали за 11,9 млрд. долл., стоят как минимум 8 трлн. долларов.

 - Сегодня в России урана добывается всего 20% от потребностей, - говорит депутат Государст­венной Думы, бывший министр обороны РФ Игорь Родионов. - Ситуация усугубляется злополучной сделкой ВОУ-НОУ между США и РФ. Этого урана России хватило бы на десятки лет. Правда, сделка так и не ратифицирована, но к настоящему времени вывезено уже 50% запасов оружейного урана.

 - Тем временем все научные работы были свернуты, - еще раз подчеркнул Лев Максимов. - Это беспрецедентный случай: институт, отнесенный двумя распоряжениями федерального правительства к перечню особо режимных объектов, был ликвидирован преступной группой. Все наши архивы, включая материалы по 10 важнейшим прорывным изобретениям, которые были полностью подготовлены к патентованию за рубежом, были похищены. Должного расследования не удается добиться до сих пор.

 За это время Максимов пережил два покушения.

Наш патент действует до 2013 года

 - Ториевые реакторы в нашей стране можно строить уже сегодня, - убежден Лев Николаевич. - Модернизация реакторов одной АЭС для работы на новой элементной базе оценивается примерно в 100 млн. долларов. Но мощность станции при этом увеличивается как минимум в два раза. Строительство АЭС с нуля обходится обычно в 2-3 млрд. долларов.

 Несколько недель назад Лев Максимов побывал в Германии в На­учном ядерном центре в Карлс­руэ. Встречался с немецкими физиками. Они были потрясены простым и гениальным проектом «российского Эдисона». В Германии принят закон о выходе из ядерной энергетики, но в стране пока еще работают 17 ядерных блоков. Их доля в электроснабжении страны составляет более 30%. Последняя атомная станция в Германии будет остановлена в 2022 г. У немцев есть своего рода «атомобоязнь». И хотя в настоящее время уже ведутся разборки двух АЭС, немецкие специалисты решили передать ториевый проект физика Максимова в Еврокомиссию. Возможно, и Германия нач­нет возводить ториевые АЭС?

 А с торием у нас, в России, полный порядок. В 20 км от Сибирского химического комбината (СХК) в Томске-7 находится гигантское ториевое месторождение. Рядом расположена железная дорога, развита промышленная инфраструктура СХК. Российский торий будет предельно дешевым. Гигант­ские месторождения тория есть и в районе Новокузнецка. Если учесть, что к ним практически никто еще не прикасался, то сегодня мы имеем очень дешевые месторождения.

 - Ториевый цикл произведет революцию в атомной энергетике и позволит делать АЭС совершенно безопасными, - уверен физик Максимов.

 Что еще важно? Россия вообще может потерять статус ядерной державы, если мы не нач­нем действовать. Изобретенная Евгением Адамовым (атомным министром с сильно подмоченной репутацией) и утвержденная правительством «Стратегия развития атомной энергетики России до 2013 г.» ориентировала страну на развитие так называемых быстрых реакторов, которые нарабатывают плутоний. Вопросы же ториевой энергетики в документе были указаны как второстепенные, разработкой которых Минатом (Росатом) намеревался заняться лишь после 2013 года. Примечательно, что именно к этому сроку Россия обязана отдать весь свой оружейный уран в США.

 Что еще любопытно?

  Исходный базовый патент Льва Максимова на приоритетные права России в ториевой энергетике теряет юридическую силу именно в 2013 году.

 Вот такие скандальные совпадения…

АРГУМЕНТ СПЕЦИАЛИСТА

Гранаты не надо

 - ИНСТИТУТ Льва Максимова был создан в Новосибирске по решению ЦК КПСС и Совмина СССР для решения специальных атомных проблем, - рассказал член-корреспондент РАН, известный эколог Алексей Яблоков. - Максимов замечательный изобретатель, своего рода российский Эдисон. Он показал, что есть один уязвимый узел на всех атомных станциях мира, где простой гранатой можно превратить любую АЭС в «Чернобыль». Максимов предлагает загружать в атомные реакторы торий, который также может при расщеплении давать энергию. Но для этого, конечно, нужны затраты, нужна перестройка всего процесса.

Атомщики перестраиваться не хотят

 ЛЕВ Николаевич Максимов - известный советский ученый. С 1962 по 1982 г. - главный физик одного из объектов Минсредмаша СССР и заведующий лабораторией Института гидродинамики Сибирского отделения Академии наук СССР. Позднее - зав­отделом физико-технических проб­лем металлургии при Президиуме СО АН СССР. Максимову удалось разработать новые принципы управления жидкими средами, в том числе жидкими металлами и радиоактивными суспензиями. Эти работы после государственной экспертизы были представлены на заседании Президиума Совмина СССР (12.04.72). По итогам их заслушивания в Правительст­венном решении за подписью Алексея Косыгина значилось: «Отметить важное значение…»

 В 1980 г. выходит секретное Постановление Совмина СССР (от 16.12.80 №1162-396) о строительстве специализированной экспериментальной базы.

 В 1988 г. выходит секретное Распоряжение Совмина СССР (от 23.03.88 №545) о необходимости предельного ускорения работ с официальным утверждением 8 главных научно-технических направлений приоритетных работ автора, не имеющих зарубежных аналогов.

 В 1989 г. подписано Распоряжение Совмина СССР (от 29.12.89 №2261р) о создании целевого Института физико-технических проблем металлургии и специального машиностроения. Распоряжение сопровождалось секретным приложением (п. 7) об отнесении этого института к перечню особо режимных объектов, а также важным поручением: «…обеспечить ввод в действие упомянутой базы в 1992 г.».

 Но в 1994 г. работа института Максимова была остановлена. Сделано это было не по официальному решению федеральной власти, а группой лиц, преступно связанных с представителями коррумпированной власти. Необходимо подчеркнуть, что ни одного отрицательного научно-технического заключения Минатома (Росатома) по концепции ториевого топливного цикла не существует.

 Более того, проект строительства ториевых реакторов признала прорывным высшая атомная инстанция - комиссия Курчатовского института. На руках у Льва Максимова имеется и базовый международный патент, защищающий права России на эту технологию в 23 европейских странах. Международная патентная заявка звучит так: «Способ управления ториевым реактором и тепловыделяющая сборка для его осуществления» (заявка №РСТ/RU01/00251 с приоритетом от 26.06.01).

Торий «одолжили» у Адольфа

  ТОРИЕВОЙ энергетикой наши ученые интересовались еще в далеких 40-х годах. 27 сентября 1947 г. на стол И. Сталину положили письмо с проектом Постановления СМ СССР по добыче ториевых руд и производст­ву концентратов тория и металлического тория. В апреле 1948 г. Берия направил Сталину письмо с проектом Постановления СМ СССР «Об организации добычи тория в Алданском районе Якутской АССР». В письме, в частности, отмечалось, что в Алданском районе были открыты россыпи монацитовых песков с содержанием тория более 1000 тонн. Предполагалось начать его добычу с 1949 года.

 К 1948 г. были созданы технические и организационные предпосылки и для успешной разведки урановых месторождений. Были созданы поисковые гамма-радиометры, позволяющие определять интенсивность гамма-излучения на поисковых маршрутах без отбора отдель­ных образцов. Разработаны и выпущены опытные серии аэро-гамма-радиометров, которые устанавливали на самолетах и вертолетах. Во время полетов ими измерялся уровень гамма-излучения. За 10 лет было открыто и разведано 50 месторождений урана с общими запасами 84 000 тонн. Таким образом была успешно создана база для реализации атомного проекта в СССР.

 Тем временем неподалеку от Томска начали разрабатываться ториевые залежи. Огромные запасы тория в качестве военного трофея были вывезены и из гитлеровской Германии. Оказывается, нацисты давно экспериментировали с торием, рассматривая его в качестве потенциального компонента для создания ядерного оружия. Советская армия конфисковала ториевый монацит у гитлеровской Германии и вывезла в СССР. Немецкие ученые так и не смогли добиться цепной реакции в работе с торием. Но это сделали русские и американские физики-ядерщики. И кто бы мог подумать - теперь монацитовый концентрат хранится на полуразрушенных складах недалеко от Екатеринбурга. «Начальство» не знает, что с ним делать!

 Ох уж это начальство - сегодня к ториевым месторождениям проявляют неподдельный интерес российские олигархи. Известный обладатель яиц из коллекции Фаберже г-н Вексельберг заявил, что желает разрабатывать Туганское ториевое месторождение. Предприимчивый олигарх уже предложил свои «услуги» администрации Томской области, на территории которой находятся ториевые сокровища.

Манхэттенский «сговор»

 В США в 40-е годы тоже не спали. «Манхэттенский проект» - так называлась глубоко засекреченная работа группы американских, английских и канадских ученых, которая с осени 1942 г. вела разработку ядерного оружия. Были созданы три атомные бомбы: «Тринити» (взорвана при первом ядерном испытании), урановый «Малыш» (сброшена на Хиросиму 6 августа 1945 г.) и плутониевый «Толстяк» (сброшен на Нагасаки 9 августа 1945 г.). Проектом руководили физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс. Были привлечены огромные научные силы и финансовые ресурсы.

 Но и сегодня ядерные разработки как никогда раньше актуальны. Свою оценку ситуации с энергобезопасностью США дал лидер демократов в Конгрессе Ричард Гепхардт. Он подверг критике энергетическую политику, проводимую президентом Бушем, который действует в интересах нефтяных концернов, и заявил, что стране «необходим Манхэттенский проект в области топливных элементов». Демократическая партия США ставит целью добиться энергонезависимости до 2010 года. Реализация нового Манхэттенского проекта в области топливных элементов должна обеспечить нации независимость от иностранной нефти.

 Нынешняя администрация США полагает, что на ближайшие полвека основным видом топлива останутся углеводороды. США является абсолютным мировым лидером по производству и потреблению энергии. Поэтому они сделали ставку на то, чтобы решать энергетическую проблему на 20-30 ближайших лет за счет захвата углеводородных ресурсов Ближнего и Среднего Востока. Война в Ираке - тому пример. Раздаются голоса и тех, кто говорит о «гидрогенной революции» - переходе на водородное топливо. Но, по мнению ученых мужей, это топливо не сможет решить энергетическую проблему, поскольку оно достаточно дорогостоящее.

  Тем временем Конгресс США выделил миллиарды долларов на ускоренное проведение работ по ториевому ядерному циклу. 24 ноября 2003 г. Джордж Буш подписал закон о государственной программе развития ториевой энергетической технологии.

 А что у нас в России? 6 октября 2006 г. правительством утверждена Федеральная целевая программа развития атомного энергопромышленного комплекса до 2015 года. О ториевой энергетике в программе нет ни слова.

Осло и Бхабха строят ториевые АЭС

 НОРВЕГИЯ в начале апреля 2007 г. объявила о планах строительства двух ториевых АЭС. Они будут введены в эксплуатацию через 10 лет. Представляя планы по строительству АЭС, президент норвежской компании Thor Energi Алф Бжоэрсет сообщил, что в реакторах на тории никогда не произойдет аварии с расплавлением активной зоны. Такой реактор производит минимальное количество ядерных отходов, и он не может быть использован для создания ядерного оружия. Кстати, Норвегия владеет сегодня самыми крупными запасами тория в мире. Бжоэрсет отметил, что доля двух ториевых АЭС составит в энергоснаб­жении страны 15%.

 - Ториевые реакторы способны разрешить глобальный энергетический кризис и обеспечить мир электроэнергией на все обозримое будущее, - в этом уверен известный норвежский физик, профессор Эгиль Лиллестол.

 Индия тоже намерена начать строительство усовершенствованного ториевого реактора (AHWR-300). Модель разработана индийскими учеными из Центра ядерных исследований Бхабха. Глава Комиссии по ядерной энергетике Анил Какодкар заявил, что строительство реактора будет завершено в течение 5 лет, и его мощность составит 300 мегаватт. AHWR-300 станет первым реактором в мире, работающим на ториевом топливе и срок работы которого составит 100 лет, - уверен г-н Какодкар.

www.argumenti.ru

 

alternathistory.com

Ториевая энергетика - кто первый?

Китай ускорил график строительства первой в мире атомной электростанции, работающей на тории.

Правительство КНР начало разработку ториевого реактора в 2013 г. Изначально на это отводилось 25 лет. Однако на днях стало известно, что китайские власти рассчитывают ввести реактор в эксплуатацию уже через 10 лет. Тем самым они намерены как можно быстрее снизить зависимость экономики от угольных электростанций, чтобы уменьшить выбросы в атмосферу.

«Ранее правительство было заинтересовано в развитии ядерной энергетики из-за нехватки энергии. Сейчас основным стимулом является желание уменьшить смог«, — объяснил гонконгской газете South China Morning Post профессор Ли Чжун, работающий над проектом.

В январе Китайская академия наук создала в Шанхае расширенный научно-исследовательский центр, который будет работать над созданием промышленного реактора на расплавах ториевых солей, сообщает газета. Исследователи, задействованные в проекте, признали, что правительство давит на них, требуя во что бы то ни стало показать результат.

По словам Ли Чжуна, ядерная энергия предоставляет единственное решение для замены угольной генерации и на торий возлагаются большие надежды.

«Проблема использования угля в выработке электричества понятна, — подчеркнул профессор. — Если среднее потребление энергии на человека удвоится, то наша страна будет задушена загрязненным воздухом».

Участники проекта сообщили South China Morning Post о своих опасениях: их наработки могут быть негативно восприняты в обществе, которое после аварии на японской АЭС «Фукусима-1» в марте 2011 г. настороженно относится к любым проектам в атомной энергетике.

Однако это не станет помехой для китайских властей: администрация по ядерной безопасности КНР уже заявила, что безопасность местных АЭС обеспечена на высоком уровне, после катастрофы в Фукусиме станции начали проверять активнее, чтобы избежать подобной аварии.

Китайские надежды

По данным Всемирной ядерной ассоциации (WNA), Китай по состоянию на февраль 2014 г. эксплуатирует 20 атомных реакторов общей мощностью 17,04 ГВт, еще 28 общей мощностью 31,64 ГВт строятся и 58 общей мощностью 62,63 ГВт планируются.

«КНР имеет амбициозную программу развития ядерной энергетики — почти 60 ГВт мощности АЭС к 2020 году и до 150 ГВт к 2030 году, с тем чтобы значительно нарастить долю ядерной энергетики в энергетическом балансе», — утверждает старший менеджер WNA по коммуникациям Джонатан Кобб.

Однако, пытаясь уменьшить свою зависимость от ископаемых видов топлива, таких как уголь, газ, нефть, Поднебесная вынуждена импортировать все больше урана. Торий по сравнению с ураном более распространенный (в 3–4 раза).

К тому же 1 тонна тория может сгенерировать столько же энергии, сколько почти 200 т урана. Но главное, что у КНР, по оценкам местных специалистов, есть достаточный запас тория, чтобы обеспечить электричеством страну в течение 20 тыс. лет.

Приведенные выше данные WNA охватывают только урановые реакторы. Добавятся ли к ним ториевые, зависит от результатов исследований. 2013 г. в Китае был официально назван годом тория.

На разработки в сфере ториевой энергетики Китайской академии наук было выделено $350 млн. Над этими исследованиями в прошлом году работали 140 специалистов, к 2015 г. их число должно увеличиться до 700.

Помимо экономических и экологических соображений, у китайцев есть еще один повод спешить с разработкой реакторов на тории. КНР хочет запатентовать наиболее перспективные ториевые технологии, и судя по объему вкладываемых инвестиций, у нее немалые шансы на успех. Такие патенты могут стать для Пекина своего рода геополитическим оружием. Он будет решать, с кем делиться новыми технологиями, а кому отказывать.

Ториевая гонка

Идея применения тория в качестве топлива для ядерных энергетических реакторов начала разрабатываться параллельно с первыми исследованиями возможности использования урана и утилизации плутония. Торий выгоден не только потому, что довольно распространен и легок в добыче. В ториевых реакторах нет риска неконтролируемой реакции, как в реакторах на уране.

У тория-232 — единственного природного изотопа этого элемента — период полураспада составляет 14 млрд лет, то есть втрое превышает возраст Земли. Поэтому сам по себе торий практически не способен делиться — его необходимо постоянно бомбардировать нейтронами.

Для создания нейтронного потока можно использовать ускоритель протонов. «В таком реакторе ускоритель разгоняет протоны до скорости в три четверти световой. Пучок протонов, попадая на свинцовую мишень, выбивает из нее огромное количество нейтронов, которые и превращают торий в ядерное топливо. При его радиоактивном распаде выделяется тепловая энергия, которую можно использовать для получения электрической», — объяснил журналистам Deutsche Welle принцип работы ториевого реактора швейцарский инженер, сотрудник Европейского совета по ядерным исследованиям (CERN) Карел Замец.

Прекращается нейтронный обстрел — прекращается и цепная реакция. После аварии на «Фукусиме» этот аргумент может оказаться решающим для многих стран, стоящих сейчас перед выбором магистрального пути развития своей энергетики.

Еще один важный аргумент в пользу тория — ториевый реактор не производит радиоактивных отходов с периодами полураспада, измеряемыми десятками или сотнями тысяч, а то и миллионами лет. При захвате нейтрона торий-232 превращается в уран-233, который сам имеет очень короткий период полураспада и его продукты распада тоже.

«Торий имеет важное преимущество в том, что касается продуктов распада. Именно эта его особенность и дает нам основания полагать, что он может играть ключевую роль в решении проблемы радиоактивных отходов», — подчеркивает Карел Замец.

По его словам, за время от 300 до 1000 лет радиоактивность всех этих отходов снизилась бы до уровня естественного природного фона. Вопрос об устройстве специального могильника для захоронения таких отходов, скорее всего, просто отпал бы.

То, что при всех преимуществах тория ядерная энергетика пошла по пути использования урана, можно считать историческим курьезом. Урановые реакторы в отличие от ториевых в процессе эксплуатации вырабатывают оружейный плутоний. Во время холодной войны это и стало главной причиной предпочтения урановых технологий ториевым — страны ядерного клуба наращивали запасы атомных бомб.

Но сейчас как раз невозможность использовать ториевые реакторы в военных программах становится большим плюсом с точки зрения международной безопасности и нераспространения ядерного оружия.

В 2012 г. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) обнародовало отчет, в котором признало, что будущее за торием. «Пока еще нет инфраструктуры для коммерческого изготовления и переработки ториевого топлива. В XXI в. рыночные условия могут измениться таким образом, что ториевые варианты станут коммерчески более привлекательными для использования ядерной энергии», — говорится в отчете.

Помимо Китая, разработку ториевых реакторов в последние годы ведут государственные или частные компании в Бельгии, Индии, Норвегии, Японии. Китайский рывок может подстегнуть как эти, так и другие страны к более масштабным инвестициям в ториевые технологии.

Торий вместо бензина

В отчете МАГАТЭ о роли тория в будущих ядерных энергетических системах, опубликованном в 2012 г., упоминается возможность создания небольших переносных ядерных реакторов.

Ученые из американской компании Laser Power Systems (LPS) заявили, что двигатель, использующий торий в качестве базового топлива, является вполне реализуемой конструкцией и специалисты LPS активно заняты его разработкой.

На данном этапе американцы экспериментируют с небольшим количеством вещества, а их ближайшая цель — создание необходимого для технологического процесса лазера.

Сам же принцип технологии в общих чертах будет схож с работой классической электростанции: лазер должен нагревать емкость с водой, а жидкость под воздействием температуры будет превращаться в пар, который необходим для вращения мини-турбины.

Основной задачей, которая стоит перед LPS, является создание серийного образца двигателя. Однако возникает вопрос: на сколько заинтересованы в создании подобного мобильного источника энергии страны, чьи руководители лоббируют интересы нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, регулирующей цены и объемы производства бензина и дизтоплива?

Автор: Юрий Вишневский

Перепост: depo.ua

www.biowatt.com.ua

Торий – священный Грааль? - Bellona.ru

Credit: Jelle Druyts

Статья подготовлена специально для 57 номера издаваемого «Беллоной» журнала «Экология и право».

Немного о тории

Торий – химический элемент, обозначаемый символом Th и имеющий номер 90 в периодической таблице. Все изотопы тория являются радиоактивными, а единственный природный изотоп тория – изотоп Th-232. Сам по себе торий-232 не является делящимся изотопом – т. е. таким, который может поддерживать цепную ядерную реакцию путем поглощения медленных нейтронов. Это означает невозможность получения энергии из него непосредственно в обычном реакторе. Однако при облучении нейтронами торий-232 превращается в делящийся изотоп урана, уран-233. Таким образом, для использования тория в выработке энергии в реакторе сначала необходимо облучить нейтронами его ядра в реакторе. Получившийся изотоп урана-233 нужно будет либо подвергнуть химической переработке для фабрикации нового топлива, либо, в случае определенных типов реакторов, использовать в том же реакторе – например, в реакторе на расплавах солей.

По разным оценкам, запасов тория в земной коре примерно в три-четыре раза больше запасов урана, что потенциально может означать, что когда-то в будущем торий может заместить уран в качестве ядерного топлива. Впрочем, согласно прошлогодним данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) и Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), общих разведанных запасов урана при текущих потребностях современных реакторов хватит более чем на 150 лет.

И поскольку нехватки урана в обозримом будущем не ожидается, большой заинтересованности в разработке ториевого топлива со стороны традиционной атомной энергетики пока что нет. Однако к использованию тория приглядываются некоторые страны – например, Норвегия и Индия. Интерес этих стран, среди прочих факторов, основан на том, что в их распоряжении имеются немалые внутренние запасы этого вещества.На взгляд норвежцев и индийцев

В частности, Норвегия располагает сравнительно большим запасом тория в месторождении Фен, в южной части страны. Несмотря на то, что Норвегия строго придерживается безъядерной политики, велись дискуссии о том, следует ли ей исследовать потенциал тория в качестве ядерного топлива. В настоящее время функционирование ториевого топлива в традиционном реакторе изучается в ходе исследовательской программы, проводимой за счет частного финансирования на норвежском исследовательском реакторе в Халдене.

В Индии же ситуация иная. Поскольку там существует программа создания ядерного оружия, страна не подписала международный многосторонний Договор о его нераспространении. Именно поэтому Индия испытывает затруднения с импортом уранового топлива для своих ядерных реакторов. У Индии есть долгосрочная цель – разработать на основе тория топливный цикл для тяжеловодных ядерных реакторов, с использованием собственных запасов тория.

Топливный цикл индийского тяжеловодного реактора состоит из трех этапов. На первом этапе в обычном реакторе из уранового топлива производится плутоний. Плутоний будет использоваться на втором этапе, когда в реакторе на быстрых нейтронах будет нарабатываться еще больше плутония, а также, из тория-232, – делящийся изотоп урана (уран-233). На третьем этапе плутоний и торий будут использоваться для производства плутониево-ториевого топлива либо для «Передового тяжеловодного ядерного реактора» (Advanced Heavy Water Reactor), либо для жидкосолевого реактора-бридера.

Впрочем, согласно Центру атомных исследований имени Хоми Баба (Bhabha Atomic Research Centre, BARC), до начала реализации третьего этапа важно наработать достаточный объем делящихся материалов, что займет продолжительное время.

Торий в современных реакторах

Торий, с учетом некоторых модификаций, может быть использован в ряде обычных реакторов, находящихся в эксплуатации в настоящее время, таких как, например, тяжеловодные реакторы. Для его использования в этих реакторах необходимо будет смешивать торий-232 либо с ураном-235, либо с плутонием-239 для получения делящегося урана-233. Далее уран-233 будет перерабатываться таким образом, что постепенно в реакторе будет возрастать концентрация топлива, полученного из урана-233.

Использование тория в современных реакторах потребует переработки отработавшего ториевого топлива для извлечения урана-233, наработанного в ториевой загрузке. Но поскольку отработавшее ториевое топливо содержит больший объем короткоживущих радионуклидов, его переработка представляется более сложной задачей по сравнению с существующими методами переработки традиционного уранового топлива.

Использование тория предлагалось также в смешанном оксидном топливе на основе тория и плутония – в качестве способа утилизации хотя бы части тех огромных излишков плутония, которые оказались накоплены в мире в результате наработки как в военных целях, так и в процессе эксплуатации гражданских реакторов. Сжигание плутония в составе такого топлива было бы более эффективным, поскольку не привело бы к дополнительному образованию плутония – в отличие от использования смешанного топлива на основе оксидов плутония и урана.

Отступление уранового цикла

Использование тория в существующих реакторах будет давать радиоактивные отходы и отработавшее ядерное топливо, которые необходимо будет отправлять на хранение и/или обрабатывать в таких же объемах, как и ОЯТ традиционного уранового топлива. При этом отработавшее ториевое топливо будет более радиоактивным и более сложным в обращении, чем отработавшее урановое топливо, поскольку ториевое ОЯТ содержит альфа-излучатель торий-228 с периодом полураспада, равным двум годам.

В долгосрочной перспективе возможна разработка ториевого топливного цикла, основанного на так называемых ядерных реакторах четвертого поколения. Предполагается, что эксплуатация ядерных реакторов четвертого поколения позволит сократить количество радиоактивных отходов по сравнению с современными технологиями. Если технологии будут разработаны, это преимущество ожидается в отношении как уранового, так и ториевого топливного цикла. Согласно сайту форума GIF (Generation IV International Forum), международного форума по ядерным системам четвертого поколения, выход таких реакторов в серийное производство прогнозируется примерно в 2030-2040 годах.

Из реакторов четвертого поколения наиболее подходящими для тория будут жидкосолевые реакторы (molten salt reactor, MSR). В таких реакторах торий и уран растворяются в расплавленной фтористой соли при температуре 400-700 °C. Эта смесь циркулирует через активную зону реактора, а затем проходит контур химической обработки, в котором удаляется нежелательная радиоактивность, образующаяся при циркуляции в активной зоне. Среди прочих разработок по реакторам четвертого поколения реакторам MSR предстоит пока пройти наибольший объем научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы, окончание которой, по прогнозам экспертов форума GIF от 2014 года, ожидается к 2025 году.

С Граалем пока придется подождать

Несмотря на более изобильные, по сравнению с ураном, запасы тория, экономическая инициатива в продвижении разработок в области ториевого топливного цикла сейчас отсутствует по причине достаточности урановых ресурсов.

Что касается безопасности и образования радиоактивных отходов, у варианта использования тория в современных реакторах преимуществ очень мало. Использование тория в традиционных реакторах повлечет наработку более радиоактивного отработавшего ториевого топлива, обращение с которым будет более трудной задачей по сравнению с традиционным урановым топливом.

Использование же тория в полноценном ториевом топливном цикле в ядерных реакторах следующего поколения начнется не в ближайшем будущем. Индия, которая наиболее активно занимается развитием ториевого цикла, не видит возможности запуска такой технологии ранее чем через несколько десятилетий. Как сообщал BARC в 2013 году, ввод в эксплуатацию ториевых реакторов в Индии ожидается не ранее 2070 года.

bellona.ru

это будущее атомной энергетики и Арктики

По распространению в земной коре тория в несколько раз больше, чем природного урана. Торий и присутствующий в нем один из изотопов, уран-232, могут являться достаточно эффективным источником в ядерной энергетике взамен широко применяемого топлива на основе 235-го изотопа урана. Ториевая энергетика обладает рядом колоссальных преимуществ. Каких? Во-первых, безопасность: в реакторе, работающем с использованием тория как элемента питания, нет избыточной реактивности. Это гарантия неповторения таких жутких катастроф, как Три-Майл-Айленд в Америке, как Чернобыль, как Фокусима. Еще академик Лев Феоктистов писал, что любой атомный реактор, работающий в сегодняшней конфигурации и технологии, обладает сумасшедшей избыточной активностью. По сути, в одном реакторе несколько десятков, а то и сотен бомб, что вынуждает нас принимать очень серьезные меры для защиты: ловушки, специальные конструкции и так далее, что, естественно, сильно удорожает производство и обслуживание. Второе преимущество ториевой энергетики — нет проблем с утилизацией отходов. Мы вынуждены осуществлять перезагрузку топлива в нынешних ВВЭРовских реакторах раз в полтора года. Это 66 тонн активного вещества, которое надо загрузить разово. Причем степень выгорания не такая уж высокая, остается достаточно много отходов, что сопряжено с рядом трудностей. Я имею в виду вторичное захоронение активных элементов, в больших объемах нарабатывается плутоний. В ториевой энергетике всего этого нет. Почему? Цикл полураспада у тория длится намного дольше — на практике десять лет и больше. Это обеспечивает более эффективное использование, меньше затрат на выгрузку-разгрузку, повышение КИУМ и так далее. Да, надо признать, что из-за другого периода полураспада тория образуются другие актиноиды, более активные, но на нынешнем этапе эта проблема вполне решаемая. Но существуют и большие плюсы. Согласитесь, есть разница: полтора года и десять лет?

Основной минерал, содержащий торий, — это монацит, который содержит редкие земли. Поэтому, когда мы говорим о тории как о топливе для будущей энергетики, как о следующем этапе развития атомной энергетики, речь, естественно, пойдет о комплексной переработке монацитового сырья и разделении редких земель — это существенным образом делает применение тория коммерчески более экономичным и привлекательным. Здесь существует очень серьезный потенциал для развития и энергетики, и экономики, и горнодобывающей промышленности. Торий в России есть в виде монацитовых песков. Эта технология должна быть промышленно освоенной, опробованной и, самое главное, рентабельной. В лаборатории можно делать все.

Проблема поиска месторождений тория сходна с проблемой поиска месторождений редкоземельных металлов — его способность к концентрации слабая, и торий весьма неохотно собирается в сколь-либо значительные залежи, являясь очень рассеянным элементом земной коры. В небольших количествах торий присутствует в граните, грунтах и почве. Обычно отдельно торий не добывается, в качестве побочного продукта его извлекают при добыче редкоземельных элементов или урана. Во многих минералах, в том числе и в монаците, торий легко замещает атом редкоземельного элемента, что и объясняет сродство тория с редкими землями.

(Thorium), Th — химический элемент III группы Периодической системы, первый член группы актиноидов. В 1828 году, анализируя редкий минерал, найденный в Швеции, Йёнс Якоб Берцелиус обнаружил в нем окись нового элемента. Этот элемент был назван торием в честь всемогущего скандинавского божества Тора (Тор — коллега Марса и Юпитера, бог войны, грома и молнии). Получить чистый металлический торий Берцелиусу не удалось. Чистый препарат тория был получен лишь в 1882 году другим шведским химиком, первооткрывателем скандия Ларсом Нильсоном. Радиоактивность тория была открыта в 1898-м независимо друг от друга одновременно Марией Склодовской-Кюри и Гербертом Шмидтом.

Надо развивать собственное производство В свое время писались докладные на имя Ефима Павловича Славского и Игоря Васильевича Курчатова о том, что надо переходить на ториевый цикл. И ториевая энергетика в экспериментальном исполнении была: работали реакторы на «Маяке» и в Германии. Но в то же время необходимо было развивать военное направление, связанное с энергетикой, и, соответственно, работать на плутонии, и ториевая программа была заморожена. Поэтому решение, которое принято нашим Президентом, что надо работы в этом направлении начать, усилить и, быть может, даже форсировать, очень правильное и своевременное. Сегодня второго шанса нам никто не даст. В Китае, Индии, Скандинавских странах есть очень серьезная ториевая программа. Скоро все так далеко уйдут, что мы уже никого не догоним. Китай настолько далеко ушел в развитии редкоземельной промышленности со своей рудной базой, что мы Китай этим сегодня не испугаем. Мы могли догнать Китай и обязаны были делать все, чтобы Китай от нас, по крайней мере, на шаг, на два держался на втором плане в атомном машиностроении, в атомных технологиях. Но, к сожалению, мы и здесь потихоньку уступаем. Китай рвется на рынок со своими атомными реакторами, со своей технологией. И я могу заверить, при той позиции, которая у нас сейчас, мы проиграем эту борьбу.Они вот уже предлагают реакторы малой мощности и, как ни грустно это признавать, они и плавучие реакторные установки быстрее нас промышленно освоят — наши министерские товарищи очень заинтересованы в этих реакторах, вместо того чтобы развивать собственное производство. Нам надо развиваться. Например, газовые реакторы, высокотемпературные реакторы с газовым охлаждением — это, вообще-то, очень перспективное направление. Но это мы тоже почему-то очень медленно, робко, инертно делаем.К сожалению, на протяжении всех 1990-х годов у нас господствовала идеология, что проще и дешевле купить редкие земли, например, в Китае, чем сделать собственный продукт.

Прогноз мирового производства ядерной энергии с использованием реакторов различных типовСколько стоит новое топливо Производственники — консерваторы. И их консерватизм оправдан. Философия производственника понятна: у меня отлаженное производство, я работаю, отвечаю за план, за производство, за людей, которые работают. Всякое новшество приносит мне риски. Риски нового, которое надо испытывать, а при этом всегда возможны какие-то неполадки, накладки и так далее. Оно мне надо? Я буду лучше спокойно жить. Поэтому конфликт таких интересов: развития, продвижения нового и точки зрения производственника-консерватора, он всегда был, есть и будет. Другое дело, что надо это разумно преодолевать. Сегодня существуют разновидности уранового топлива: нитридное, керамическое, топливо с добавкой редких земель. Очень большое количество вариантов. И разве это производится без всяких затрат, без всяких денег? Совершенно не так. Чтобы получить новое топливо, в основе которого будет торий, надо наработать технологию изготовления этих материалов. И прежде чем говорить, что ториевая энергетика намного дороже урановой, надо сделать простую вещь — сравнительный экономический анализ. Например, если в качестве топлива для реактора будет использоваться расплав фторида тория, то получить фториды тория, как мне кажется, не так уж и дорого. Если мы будем получать топливо в виде шаровых элементов — это второй вариант, керамика — третий вариант. Тем более речь здесь идет, прежде всего, о сырье, о монаците, и вопрос цены будет определяться с учетом комплексного использования. То есть выделение из монацита всей суммы редких земель, урана и циркония — все это серьезным образом снизит затраты на производство топлива на основе тория.

Дизайн первого в мире ториевого ядерного реактора, разработанного в Центре исследования ядерной энергетики Бхаба в Мумбаи (Индия) и предназначенного для использования ториевых топливных ячеек для коммерческой выработки энергии.

Немного о реакторах на быстрых нейтронах. Неважно, по какой технологии, на каком реакторе, в каком конструкторском исполнении использовать быстрые нейтроны, зажигать природный материал — в том или ином количестве все равно будут образовываться отходы. И отходы надо перерабатывать. Если говорить о чистоте методологии и понятий, как такового замкнутого цикла нет и не может быть. Но в варианте ториевой энергетики будет меньше активных отходов, которые надо перерабатывать.Я убежден, что мы в любом случае перейдем постепенно на ториевую энергетику, тем более что последние исследования и расчеты физиков Томского политехнического университета, теоретический расчет активной зоны, показывают, что возможен эволюционный переход на ториевую энергетику применительно и к легководным реакторным установкам. То есть не сразу революция, а постепенный перевод активной зоны существующих легководных реакторов с частичной заменой активной зоны с уранового топлива на ториевое.

Центр исследования ядерной энергетики Бхаба (Индия).

Прежде чем вешать штампы, что это — плохо, а это — хорошо, надо серьезно заняться реальным делом. Допустим, изготовить парочку твэлов и на опытных стендах это все погонять. Снять все ядерно-физические характеристики. Много исследований нужно провести, причем долговременных. И чем дальше мы оттягиваем, отговариваясь, что это сложно и тяжело, тем больше мы будем отставать в развитии. Нужно все делать вовремя. В свое время в Средмаше этим занимались, получали металлический торий на наших предприятиях, и эти технологии были. Надо поднять старый опыт, старые отчеты, они все, наверное, в архивах сохранились, и специалисты это найдут. С учетом того, что было сделано, и новых возможностей необходимо все это дело продолжить.

Некоторые месторождения тория в России: • Туганское и Георгиевское (Томская область) • Ордынское (Новосибирская область) • Ловозерское и Хибинское (Мурманская область) • Улуг-Танзекское (Республика Тыва) • Кийское (Красноярский край) • Тарское (Омская область) • Томторское (Якутия)Торий для Арктики и не только Существует огромная потребность в серийных мобильных и стационарных энергетических установках сверхмалой и малой мощности (от 1 до 20 МВт), которые могут быть использованы в качестве источников энергии и тепла при освоении северных территорий, разработке там новых месторождений, а также в обеспечении электроэнергией удаленных воинских гарнизонов и крупных военно-морских баз на Северном и Тихоокеанском флотах. Эти установки должны обладать как можно большим периодом работы без перегрузки ядерного топлива, при их эксплуатации не должен накапливаться плутоний, их должно быть легко обслуживать. Они не могут работать в уран-плутониевом цикле, потому что при его использовании накапливается плутоний. Перспективной альтернативой урану в данном случае является использование тория.Проблема энергетики в Арктике — это проблема номер один. И этим надо абсолютно четко заниматься. Вот сейчас в Жодино наши уважаемые белорусские друзья сделали самый большой в мире «БелАЗ», грузоподъемность 450 тонн. Для того чтобы этот «БелАЗ» работал нормально, все его колесные пары приводятся отдельно, на каждое колесо стоит отдельный двигатель. Но для того чтобы получить электроэнергию, стоят два огромных дизеля, которые приводят в движение электрогенераторы, они распределяют все на эти электродвигатели. Давайте сделаем маленький ториевый реактор, причем не обязательно его ставить прямо на этот «БелАЗ». Можно сделать разные варианты. Например, очень эффективно будет использовать ториевые реакторы малой мощности для производства водорода. И перевести все двигатели на водородные. В этом плане у нас теоретически получается блестящая картина, потому что при сжигании водорода мы получим воду. Абсолютно «зеленая» энергетика, о которой мечтают все. Или мы сделаем атомные станции на основе реакторов малой мощности. С дальнейшим развитием и освоением Арктики передвижные локальные реакторы, реакторные установки малой мощности дадут, с моей точки зрения, сумасшедший народнохозяйственный эффект. Просто сумасшедший. Они должны быть вот именно передвижными, локальными, мобильными. И я думаю, что не так сложно сделать реакторы малой мощности на тории с периодом перегрузки в десять и более лет в условиях Арктики. Да, можно сделать реакторы малой мощности и на существующих технологиях: возьмем реакторы, которые у нас есть в военно-морском флоте, на подводных лодках, атомоходах. Поставим их. Начнем эксплуатировать. Все это можно сделать. Но сложности в эксплуатации и выводе из эксплуатации, загрузка, выгрузка и вывоз в суровых условиях северных широт сильно усложнят применение такого типа установок. Еще один показательный пример. В громадных якутских карьерах «Алроса», на горных подразделениях Лебединского ГОКа при добыче железной руды мы используем большегрузные «БелАЗы» или «Катерпиллеры», и существует большая проблема проветривания карьеров от выхлопов и после массовых взрывов для отбойки руды. Что применяется? Вплоть до авиационных вертолетных двигателей, но они еще тоже работают на органическом топливе, на керосине и прочее, в свою очередь происходит вторичное загрязнение карьера. При переходе на транспортные средства с реакторными установками на основе тория отпадает необходимость в проветривании карьеров, не нужны склады ГСМ и т. д. Для меня шок, когда Россия, правопреемница Советского Союза, не в силах обеспечить свою атомную отрасль природным компонентом, урановым сырьем. Я этого не понимаю, а я воспитан на старой школе и нигде, кроме Средмаша, не работал. Шутка ли, некоторое время назад, судя по официальным источникам Росатома, мы были вынуждены закупать сырье в Австралии.Российские предприятия, говорят, убыточны, но в таком случае, почему же аналогичные предприятия на Украине, где тоже подземная добыча и содержание металла в руде аналогичное нашему, прибыльны? Наверное, настала потребность, государственная потребность иметь госрезервы стратегических материалов для развития атомной энергетики, а также в целом для промышленности. С учетом вот таких фокусов, которые происходят (санкции и прочее), нас в любой момент могут поставить в очень-очень неудобное, зависимое положение. Там, где речь идет о принципиальных вещах, о безопасности государства, не только с точки зрения обороноспособности, государственная безопасность — понятие емкое и громадное, и это не только вооружение. Это и продукты питания, и другие стратегические вещи.

Плавучие АЭС — один из перспективных проектов развития Арктики — вполне могли бы оснащаться ториевыми реакторами, небольшими и «долгоиграющими»

Где штаб аналитиков и специалистов? Мне кажется, при любом министерстве должен существовать этакий штаб аналитиков, советников, серых кардиналов, если хотите, как угодно их назовите, которые должны анализировать громадный массив информации и отделять зерна от плевел, определяя стратегию развития. К сожалению, особенно сегодня, решения зачастую принимаются без должного анализа. Руководство отрасли должно заниматься аналитикой и стратегическим планированием, четко понимать, в каком направлении дальше развиваться отрасли. А это должно основываться на правильной аналитике. Плохо то, что мы действительно забыли о понятии «критичные металлы», о том, что нужно для развития атомной отрасли, для ее бесперебойной работы. В моем понимании, очень нужен иттрий, бериллий, литий, очень нужна средняя тяжелая группа — это неодим, празеодим, диспрозий. Эти элементы действительно нужны ближайшие 5–10–15 лет. Да, мы определили, что эти элементы нам нужны. Я задам простой вопрос: господа начальники, господа технологи, мы получили эти элементы. А что мы с ними будем делать? У нас вторичная промышленность готова, чтобы делать изделия из этих элементов? Кто будет делать, есть ли эти предприятия? Первое, могут нам сказать, что да, мы делали опытные образцы. Вопрос в другом. Вы сделали что-то, а это конкурентоспособно? Этот продукт русский и это будет продукт, который по своим характеристикам лучше, чем немецкий, и так далее? Это как с телевизором. Вам, как потребителю, поставим русский телевизор и поставим японский. Я уверен, вы купите японский. Вот в чем вопрос — готова ли промышленность правильно использовать редкие земли и в нужном направлении. Готовы ли мы делать из них конкурентоспособный продукт или мы произвели редкие земли, чтобы продать на рынке? Нас не пустит Китай с нашими редкими землями на рынок. Здесь комплекс проблем, которые мы должны комплексно решать, а мы же только декларируем. Но гораздо хуже то, что идет старение кадрового персонала, потенциала в министерстве, в госкорпорации. И это, к сожалению, особенно наглядно в сырьевом дивизионе. А сырьевой дивизион — это основа основ. Если у вас не будет сырья, то не из чего будет что-то делать. Железо-то можно понастроить, а чем железо питать? Мы не зря говорим о том, что нам надо думать и рассматривать многообразие источников сырья, в том числе и тория. Наряду с этим не надо забывать об уране, не надо забывать о накопленных запасах (природный компонент 238 в разных формах). Все это надо использовать в узконаправленном, грамотном, нормальном, обоснованном сегменте, в разных вариантах. Выпускника Гарварда в шахту не отправишь, юриста в металлургический цех тоже. Не пойдут они туда. А кто сейчас готовит таких специалистов? На Урале существовала целая отрасль, связанная непосредственно с Минсредмашем, — это химическое машиностроение. Мощнейшие заводы химического машиностроения на Урале.

Плюсы использования тория: + Экономичность. Тория нужно примерно в два раза меньше, чем урана, для производства того же количества энергии. + Безопасность. Ядерные реакторы на ториевом топливе более безопасны, чем на урановом, поскольку ториевые реакторы не обладают запасом реактивности. Поэтому никакие разрушения аппаратуры реактора не способны вызвать неконтролируемую цепную реакцию. + Удобство. На базе тория возможно создание реактора, не требующего перезагрузок топлива.

Три недостатка использования тория: - Торий — рассеянный элемент, не образующий собственных руд и месторождений, добыча его дороже, чем урана. - Вскрытие монацита (минерала, в котором содержится торий) — процесс намного более сложный, чем вскрытие большинства урановых руд. - Нет налаженной технологии.

Парадоксальная вещь — сегодня специалистов по химическому машиностроению не готовит ни один вуз в России. А как вообще будут проектироваться аппараты, не имея специалистов? Старики уйдут. Привезите сейчас пробу во ВНИИХТ, ее некому разделать. Если я не прав, так и напишите, что Валерий Константинович заблуждается. Это будет корректно и правильно. Вот сообщаем, вот такой-то вуз готовит. Я буду только рад, что я ошибся, искренне рад. Я говорю это на основе личного опыта. Я был недавно на Урале и встречался с людьми, которые работают в этой отрасли, это их слова. Они мне сказали: «Через пять лет можете забыть, что такая отрасль, как химическое машиностроение, в России была». Это люди, которые имеют опыт проектирования и создания аппаратов для химического машиностроения: специальные сушилки, специальные печи, агрегаты для разложения, для химического разложения. Это специальная отрасль техники, которая подразумевает работу с кислотами, в термических условиях, на аппаратах под давлением. Где еще используется торий? 1 Оксид тория используется для производства огнеупорной керамики. 2 Металлический торий применяется для легирования легких сплавов, особо широко используемых в авиации и ракетной технике. 3 Многокомпонентные сплавы на магниевой основе, содержащие торий, применяют для деталей реактивных двигателей, управляемых снарядов, электронной и радарной аппаратуры. 4 Торий применяется как катализатор в процессах органического синтеза, крекинга нефти, при синтезе жидкого топлива из каменного угля, гидрирования углеводородов. 5 Торий используют как электродный материал для некоторых типов электронных ламп.Зачем нужен директор? Я был генеральным директором на трех самых крупных предприятиях Средмаша. Я горжусь этим и знаю, как выстраивались отношения между мной, как директором предприятия, начальником главка и министром. Я принимал решения в тех рамках финансирования и компетенции, которые у меня были. И я за это отвечал. Мы принимали решения, мы проводили испытания. Обосновывали? Да. Но мы это делали. Потом уже на основе всего этого мы обосновывали и доказывали необходимость подобных решений. Нам надо это делать, нам надо это внедрять, это в логику развития отрасли, это нужно, и так далее. Сейчас все ждут, какая будет команда из Москвы, что нам делать?Любая система взаимоотношений, любая система в отрасли, в народном хозяйстве и где угодно — это есть система доверия. Если ты поставил директора, то а) значит, ты ему доверяешь, б) если ты ему доверяешь, ты даешь ему определенные рамки свободного плавания. Но нельзя директору, командиру, который отвечает за производство, за людей, за технику безопасности, за выполнение плана, миллион всяких функций, постоянно звонить из Москвы и одергивать: «так не делай, сюда не смотри, туда не ходи». Если что-то случится на производстве, отвечать будет директор, а не тот, кто его из Москвы дергает. Сейчас же директор предприятия, извините меня, кусок мыла не может купить. Все идет через Москву, через тендеры. Но если это так, то зачем вам директор нужен? Уберите его и командуйте из Москвы, что надо сделать.

Индонезийское Национальное агентство по атомной энергии (BATAN) планирует строительство экспериментального реактора (RDE) для тестирования с использованием ториевого топлива (фото из открытых источников).

Вопрос времени Ученые, которые всерьез занимаются реакторами на быстрых нейтронах, совершенно четко говорят, что реальный пуск запланирован на 2030 год. Раньше никто ничего не планирует. Проблем куча. Расплавленный свинец — агрессивная жидкость. Течение свинца в трубках охлаждения — вопрос вопросов: что происходит на границе раздела фаз, какие особенности граничных слоев, как меняются массоперенос и теплоперенос, вопросы, вопросы, вопросы. Дело в том, что граничные слои обладают совершенно другими физико-химическими свойствами, там совсем другие коэффициенты массопереноса, теплопереноса и т. д. Свинец должен быть определенного качества, с нужным содержанием кислорода. Вопросов много. Есть ли на эти вопросы ответы? Не знаю. Нужны цифры, расчеты.Что касается тория, то все зависит от того, как мы это организуем, как конструктивно все это оформим, какая логистика и кто будет управлять проектом. Если мы сумеем это грамотно сделать, подберем специалистов, увлеченных идеей ториевой энергетики, выделим финансирование, специальный исследовательский реактор только для этих целей, с наработкой топлива, я думаю, мы уложимся в практический результат за достаточно сжатые сроки, как было в сороковые–пятидесятые годы. В лабораториях уже проделана значительная часть работ по физике активной зоны, по переработке монацита с селективным выделением тория и получением редких земель. Надо все, что сделано раньше, аккумулировать, проанализировать, собрать вместе в рамках рабочей группы по развитию ториевой энергетики. И работать.

rareearth.ru

спасет ли он планету от энергетического кризиса?

Дмитрий Мамонтов«Популярная механика» №11, 2015

Элемент, названный в честь одного из главных скандинавских богов, может спасти человечество от энергетического кризиса, который поджидает нас в ближайшем будущем.

В 1815 году знаменитый шведский химик Йенс Якоб Берцелиус заявил об открытии нового элемента, который он назвал торием в честь Тора, бога-громовержца и сына верховного скандинавского бога Одина. Однако в 1825 году обнаружилось, что открытие это было ошибкой. Тем не менее название пригодилось — его Берцелиус дал новому элементу, который он обнаружил в 1828 году в одном из норвежских минералов (сейчас этот минерал называется торит). Этому элементу, возможно, предстоит большое будущее, где он сможет сыграть в атомной энергетике роль, не уступающую по важности главному ядерному топливу — урану.

Дальние родственники бомбы

Атомная энергетика, на которую сейчас возлагается столько надежд, — это побочная ветвь военных программ, основными целями которых было создание атомного оружия (а чуть позднее реакторов для подводных лодок). В качестве ядерного материала для изготовления бомб можно было выбрать из трех возможных вариантов: уран-235, плутоний-239 или уран-233.

Уран-235 содержится в природном уране в очень небольшом количестве — всего 0,7% (остальные 99,3% составляет изотоп 238), и его нужно выделить, а это дорогостоящий и сложный процесс. Плутоний-239 не существует в природе, его нужно нарабатывать, облучая нейтронами уран-238 в реакторе, а затем выделяя его из облученного урана. Таким же образом можно получать уран-233 путем облучения нейтронами тория-232.

Первые два способа в 1940-х годах были реализованы, а вот с третьим физики решили не возиться. Дело в том, что в процессе облучения тория-232 помимо полезного урана-233 образуется еще и вредная примесь — уран-232 с периодом полураспада в 74 года, цепочка распадов которого приводит к появлению таллия-208. Этот изотоп излучает высокоэнергетичные (жесткие) гамма-кванты, для защиты от которых требуются толстенные свинцовые плиты. Кроме того, жесткое гамма-излучение выводит из строя управляющие электронные цепи, без которых невозможно обойтись в конструкции оружия.

Ториевый цикл

Тем не менее о тории не совсем забыли. Еще в 1940-х годах Энрико Ферми предложил нарабатывать плутоний в реакторах на быстрых нейтронах (это более эффективно, чем на тепловых), что привело к созданию реакторов EBR-1 и EBR-2. В этих реакторах уран-235 или плутоний-239 являются источником нейтронов, превращающих уран-238 в плутоний-239. При этом плутония может образовываться больше, чем «сжигается» (в 1,3–1,4 раза), поэтому такие реакторы называются «размножителями».

Другая научная группа под руководством Юджина Вигнера предложила свой проект реактора-размножителя, но не на быстрых, а на тепловых нейтронах, с торием-232 в качестве облучаемого материала. Коэффициент воспроизводства при этом уменьшился, но конструкция была более безопасной. Однако существовала одна проблема. Ториевый топливный цикл выглядит таким образом. Поглощая нейтрон, торий-232 переходит в торий-233, который быстро превращается в протактиний-233, а он уже самопроизвольно распадается на уран-233 с периодом полураспада 27 дней. И вот в течение этого месяца протактиний будет поглощать нейтроны, мешая процессу наработки. Для решения этой проблемы хорошо бы вывести протактиний из реактора, но как это сделать? Ведь постоянная загрузка и выгрузка топлива сводит эффективность наработки почти к нулю. Вигнер предложил очень остроумное решение — реактор с жидким топливом в виде водного раствора солей урана. В 1952 году в Национальной лаборатории в Оак-Ридже под руководством ученика Вигнера, Элвина Вайнберга, был построен прототип такого реактора — Homogeneous Reactor Experiment (HRE-1). А вскоре появилась еще более интересная концепция, идеально подходившая для работы с торием: это реактор на расплавах солей, Molten-Salt Reactor Experiment. Топливо в виде фторида урана было растворено в расплаве фторидов лития, бериллия и циркония. MSRE проработал с 1965 по 1969 год, и хотя торий там не использовался, сама концепция оказалась вполне работоспособной: использование жидкого топлива повышает эффективность наработки и позволяет выводить из активной зоны вредные продукты распада.

Путь наименьшего сопротивления

Тем не менее жидкосолевые реакторы (ЖСР) не получили распространения, поскольку обычные тепловые реакторы на уране оказались дешевле. Мировая атомная энергетика пошла по наиболее простому и дешевому пути, взяв за основу проверенные водо-водяные реакторы под давлением (ВВЭР), потомки тех, которые были сконструированы для подводных лодок, а также кипящие водо-водяные реакторы. Реакторы с графитовым замедлителем, такие как РБМК, представляют собой другую ветвь генеалогического древа — они происходят от реакторов для наработки плутония. «Основным топливом для этих реакторов является уран-235, но его запасы хотя и довольно значительны, тем не менее ограничены, — объясняет „Популярной механике“ начальник отдела системных стратегических исследований Научно-исследовательского центра „Курчатовский институт“ Станислав Субботин. — Этот вопрос начал рассматриваться еще в 1960-х годах, и тогда планируемым решением этой проблемы считалось введение в ядерный топливный цикл отвального урана-238, запасов которого почти в 200 раз больше. Для этого планировалось построить множество реакторов на быстрых нейтронах, которые бы нарабатывали плутоний с коэффициентом воспроизводства 1,3–1,4, чтобы избыток можно было использовать для питания тепловых реакторов. Быстрый реактор БН-600 был запущен на Белоярской АЭС — правда, не в режиме бридера. Недавно там же был построен и еще один — БН-800. Но для построения эффективной экосистемы атомной энергетики таких реакторов нужно примерно 50%».

Могучий торий

Вот тут как раз на сцену и выходит торий. «Торий часто называют альтернативой урану-235, но это совершенно неправильно, — говорит Станислав Субботин. — Сам по себе торий, как и уран-238, вообще не является ядерным топливом. Однако, поместив его в нейтронное поле в самом обычном водо-водяном реакторе, можно получить отличное топливо — уран-233, которое затем использовать для этого же самого реактора. То есть никаких переделок, никакого серьезного изменения существующей инфраструктуры не нужно. Еще один плюс тория — распространенность в природе: его запасы как минимум втрое превышают запасы урана. Кроме того, нет необходимости в разделении изотопов, поскольку при попутной добыче вместе с редкоземельными элементами встречается только торий-232. Опять же, при добыче урана происходит загрязнение окружающей местности относительно долгоживущим (период полураспада 3,8 суток) радоном-222 (в ряду тория радон-220 — короткоживущий, 55 секунд, и не успевает распространиться). Кроме того, торий имеет отличные термомеханические свойства: он тугоплавкий, менее склонен к растрескиванию и выделяет меньше радиоактивных газов при повреждении оболочки ТВЭЛ. Наработка урана-233 из тория в тепловых реакторах примерно в три раза более эффективна, чем плутония из урана-235, так что наличие как минимум половины таких реакторов в экосистеме атомной энергетики позволит замкнуть цикл по урану и плутонию. Правда, быстрые реакторы все равно будут нужны, поскольку коэффициент воспроизводства у ториевых реакторов не превышает единицы».

Однако у тория есть и один достаточно серьезный минус. При нейтронном облучении тория уран-233 оказывается загрязненным ураном-232, который испытывает цепочку распадов, приводящую к жесткому гамма-излучающему изотопу таллий-208. «Это сильно затрудняет работу по переработке топлива, — объясняет Станислав Субботин. — Но с другой стороны, облегчает обнаружение такого материала, уменьшая риск хищений. Кроме того, в замкнутом ядерном цикле и при автоматизированной обработке топлива это не имеет особого значения».

Термоядерное зажигание

Эксперименты по использованию ториевых ТВЭЛов в тепловых реакторах ведутся в России и других странах — Норвегии, Китае, Индии, США. «Сейчас самое время вернуться к идее жидкосолевых реакторов, — считает Станислав Субботин. — Химия фторидов и фторидных расплавов хорошо изучена благодаря производству алюминия. Для тория реакторы на расплавах солей гораздо более эффективны, чем обычные водо-водяные, поскольку позволяют гибко производить загрузку и вывод продуктов распада из активной зоны реактора. Более того, с их помощью можно реализовать гибридные подходы, используя в качестве источника нейтронов не ядерное топливо, а термоядерные установки — хотя бы те же токамаки. К тому же жидкосолевой реактор позволяет решить проблему с минорными актинидами — долгоживущими изотопами америция, кюрия и нептуния (которые образуются в облученном топливе), „дожигая“ их в реакторе-мусорщике. Так что в перспективе нескольких десятилетий в атомной энергетике без тория нам не обойтись».

elementy.ru

Торий как лекарство от ядерной чумы

Originally published at Профессионально об энергетике. Please leave any comments there.

Рос_Атом пытается нас всех убедить, что альтернативы урано-плутониевым А.Э.С нет, просто читаем это:

ТОРИЙ

Торий – природный слабо радиоактивный металл, открытый в 1828 г. шведским химиком Йенсом Берцелиусом, который назвал его в честь Тора, бога войны скандинавских народов. В небольших количествах он присутствует во многих горных породах и грунтах, где его содержание почти в три раза превышает содержание урана. В почве содержится приблизительно шесть частей тория на миллион.

Торий встречается во многих минералах, наиболее распространенным из которых является редкоземельный минерал – фосфат тория – монацит, в котором содержится до 12% оксида тория. Залежи этого минерала имеются в нескольких странах. Торий-232 распадается очень медленно (его период полураспада почти в три раза превышает возраст Земли), но другие изотопы тория содержатся в нем и в цепях распада урана. Большинство из них являются короткоживущими элементами, и поэтому они намного более радиоактивны, чем Th-232, хотя в массовом отношении их содержание ничтожно мало.

Мировые запасы тория (доступные для добычи)
Страна Запасы (в тоннах)
Австралия 300000
Индия 290000
Норвегия 170000
USA 160000
Канада 100000
Южная Африка 35000
Бразилия 16000
Прочие страны 95000
Всего 1200000
(Источник – Служба геологической разведки USA, Запасы минералов, январь 1999 года)
Торий в качестве ядерного топлива

Торий, как и уран, может использоваться в качестве ядерного топлива. Сам по себе не являющийся делящимся материалом Th-232 поглощает медленные нейтроны и образует делящийся уран-233. Как и U-2238, торий-232 является топливным сырьем.

По одному из существенных показателей U-233 превосходит уран-235 и плутоний-239, имея более высокий выход нейтронов на один поглощенный нейтрон. Если начать реакцию с помощью другого делящегося материала (U-235 или Pu-239), можно реализовать цикл наработки делящегося материала, напоминающий, но более эффективный, чем цикл на U-238 и плутоний в реакторах на медленных нейтронах. Th-232 поглощает нейтрон и преобразуется в Th-233, который при распаде переходит в Ра-233, а затем в U-233. Облученное топливо можно выгрузить из реактора, U-233 отделить от тория и загрузить в другой реактор, как часть замкнутого топливного цикла.

За последние 30 лет появился интерес к торию в качестве ядерного топлива, поскольку его запасы в земной коре в три раза превышают запасы урана. Кроме того, в реакторах можно использовать весь добываемый торий в отличие от 0,7% изотопа U-235 из природного урана.

Основным вариантом в реакторах типа PWR могут быть топливные сборки, смонтированные так, что бланкет, состоящий главным образом из тория, покрывает затравочный элемент с большей степенью обогащения, содержащий U-235, который производит нейтроны для подкритического бланкета. Поскольку U-233 производится в бланкете, он там же и сгорает. Здесь речь следует о легководном реакторе-бридере, который успешно прошел демонстрационные испытания в USA в 1970 годах.

Научно-исследовательские и конструкторские разработки

Возможность реализации ториевых топливных циклов изучается уже около 30 лет, однако значительно менее интенсивно, чем урановых или уран-плутониевых циклов. Основные исследовательские и конструкторские работы проводились в Германии, Индии, Японии, Рф, Великобритании и USA. Было проведено также и пробное облучение ториевого топлива в реакторах до получения высокого уровня выгорания. Полностью или частично загружались ториевым топливом несколько опытных реакторов.

К заслуживающим внимания экспериментам по ториевому циклу относятся следующие (первые три проводились на высокотемпературных реакторах с газовым охлаждением):

  • В период с 1967 по 1988 годы в Германии более 750 недель эксплуатировался экспериментальный реактор AVR с насыпным бланкетом при мощности 15 МегаВт. 95% всего периода работы реактора составляла работа на ториевом топливе. Топливо представляло собой 100000 топливных элементов в виде шариков. Общий вес ториевого топлива составлял 1360 кг; торий использовался в смеси с высокообогащенным ураном. Максимальная глубина выгорания составила 150000 МВт·сутки/т.
  • Ториевые ТВЭЛы, состоящие из тория и урана в соотношении 10:1, в течение 741 суток облучались в реакторе Dragon мощностью 20 МегаВт в английском городе Уинфит. Реактор Dragon эксплуатировался в рамках совместного проекта, в котором, наряду с Великобританией, с 1964 по 1973 годы участвовали Австрия, Дания, Швеция, Норвегия и Швейцария. Ториево-урановое топливо использовалось для производства U-233, который заменял потребляемый U-235 примерно в том же соотношении. Топливо могло работать в реакторе в течение шести лет.
  • В 1967-1974 годах в USA работал высокотемпературный реактор Peach Bottom на уран-ториевом топливе мощностью 110 МегаВт производства компании General Atomic.
  • В Индии в 1996 г. в Калпаккаме в качестве источника нейтронов был запущен экспериментальный исследовательский реактор Kamini мощностью 30 кВт, работавший на U-233, полученном путем облучения ThO2 на другом реакторе. Реактор был построен неподалеку от бридерного реактора на быстрых нейтронах мощностью 40 МегаВт, в котором и облучался ThO2.
  • В Нидерландах в течение трех лет эксплуатировался гомогенный реактор с водяной смесью мощностью 1 МегаВт. В реакторе использовалось топливо в виде раствора высокообогащенного урана и тория; с целью удаления продуктов деления непрерывно велась переработка, в результате которой с высоким К.П.Д. производился U-233.
  • Проводился ряд экспериментов с реакторами на быстрых нейтронах.
Энергетические реакторы
  • На базе реактора AVR в Германии был разработан 300 МегаВт-реактор THTR, проработавший с 1983 по 1989 годы; реактор работал на насыпном бланкете из 674000 элементов, из которых больше половины представляло собой уран-ториевое топливо, а остальные – графитовый замедлитель и нейтронные поглотители. ТВЭЛы непрерывно обновлялись при загрузке, и в среднем прошли через реактор шесть раз. Производство топлива было поставлено на промышленную основу.
  • Реактор Fort St Vrain был единственным в USA коммерческим реактором, работавшем на ториевом топливе; этот реактор также был сконструирован на базе немецкого AVR и проработал с 1976 по 1989 годы. Это был высокотемпературный реактор (1300°С) с графитовым замедлителем и гелиевым охлаждением с проектной мощностью 842 МегаВт (330 МегаВт электрических). Топливные элементы были изготовлены из карбида тория и карбида Th/U-235 в виде микросфер, для удержания продуктов деления, покрытых диоксидом кремния и пироуглеродом. ТВЭЛы имели форму шестигранных колонн («призм»). В реакторе использовалось почти 25 тонн тория; глубина выгорания составила 170000 МВт·сутки/т.
  • Исследования ториевого топлива для реакторов типа PWR проводились на американском реакторе Shippingport; в качестве исходного делящегося материала топлива использовались U-235 и плутоний. Был сделан вывод, что торий серьезно не повлияет на режимы работы и сроки эксплуатации активной зоны. Здесь же с 1977 по 1982 годы успешно прошли испытания легководного бридерного реактора затравочно-бланкетного типа на ториево-урановом топливе, покрытым сплавом циркония.
  • В 60-мегаваттном реакторе Lingen типа BWR в Германии использовались Th/Pu-ТВЭЛы.
Индия

В Индии с целью повышения эффективности после запуска в блоки 1 и 2 А.Э.С в Какрапаре было загружено 500 кг ториевого топлива. 1-Ый блок А.Э.С был первым в мире реактором, в котором для выравнивания мощности в активной зоне использовался не обедненный уран, а торий. Работая на ториевом топливе, 1-й блок вышел на полную мощность за 300 суток, а 2-й блок – за 100 суток. Ториевое топливо планируется использовать в блоках 1 и 2 А.Э.С в Кайга и в блоках 3 и 4 А.Э.С в Раджастане, которые находятся в стадии строительства.

Обладая запасами тория, в шесть раз превышающими запасы урана, Индия в качестве основной задачи промышленного производства энергии поставила задачу внедрения ториевого цикла, которая будет решаться в три этапа:

  • тяжеловодные реакторы CANDU, работающие на топливе из природного урана, будут использоваться для наработки плутония;
  • реакторы-бридеры на быстрых нейтронах (FBR) на основе полученного плутония будут производить U-233 из тория;
  • перспективные тяжеловодные реакторы будут работать на U-233 и тории, получая 75% энергии из тория.

Отработанное топливо затем будет перерабатываться для восстановления делящихся материалов и их последующей переработки;

В качестве еще одной возможности для третьего этапа рассматриваются подкритические комплексы на ускорителях (ADS).

Разработка перспективных реакторов

Конструкторские решения по перспективным реакторам на ториевом топливе включают:

  • Легководные реакторы, использующие в качестве топлива оксид плутония (PuO2), оксид тория (ThO2) и(или) оксид урана (UO2), из которых изготовляются стержневые ТВС.
  • Высокотемпературные реакторы с газовым охлаждением (HTGR) двух типов – с насыпным бланкетом и призматическими топливными сборками.
  • Газотурбинные модульные реакторы с гелиевым охлаждением (GT-MHR). Результатом проведенных в USA исследований на реакторах типа HTGR стали призматические ТВС. Использование гелия для охлаждения при высоких температурах и сравнительно небольшая выходная энергия на модуль (600 МВт) позволяет скомбинировать модульную конструкцию с газовой турбиной (цикл Брайтона), что повышает производство тепловой энергии почти на 50%. Активная зона таких реакторов допускает применение широкого спектра конструкций ТВС, в том числе ВОУ/Th и Pu/Th. Использование ВОУ/Th-топлива было продемонстрировано на американском реакторе Fort St Vrain.
  • Модульный реактор с насыпным бланкетом (PBMR). Сконструирован в Южной Африке на основе результатов проведенных в Германии исследований. Сейчас работы ведутся международным консорциумом. Позволяет использовать ториевые насыпные бланкеты.
  • Реакторы на солевом расплаве. Перспективный реактор-бридер, в котором ториевое топливо используется в виде солевого расплава, не требуя дополнительного внешнего охлаждения. Хладагент первичного контура проходит через теплообменник, где тепловая энергия реакции деления передается в рабочий материал вторичного контура с целью генерации пара. Детальные исследования концепции проводились в 60-е годы ХХ века; сейчас они возобновились в связи с появлением передовых технологий производства материалов.
  • Перспективные тяжеловодные реакторы (AHWR). В Индии в настоящее время ведутся работы по этому направлению. Как и канадский реактор CANDU-NG, индийский реактор мощностью 250 МегаВт охлаждается обычной водой. Основная часть активной зоны состоит из смеси оксидов тория и U-233 в подкритическом состоянии; пропорции смеси таковы, что U-233 самовоспроизводится. Реакция управляется несколькими затравочными зонами на основе обычного МОХ-топлива.
  • Утилизация плутония. Сегодня в некоторых реакторах используется МОХ-топливо (U, Pu). Альтернатива состоит в использовании торий-плутониевого топлива; в этом случае реактор работает на плутонии, производя делящийся U-233, который после разделения можно использовать в составе уран-ториевого топливного цикла.
Применение тория в комплексах с ускорителями (ADS)

В комплексах с ускорителями высокоэнергетические нейтроны производятся за счет реакции расщепления ядер высокоэнергетическими протонами ускорителя, соударяющимися с тяжелыми ядрами мишени (свинец, свинец-висмут или другие элементы). Эти нейтроны можно направить в субкритический реактор, содержащий торий, где нейтроны производят U-233 и обеспечивают его деление. Существует возможность обеспечения самоподдерживающейся реакции деления, которую можно направить либо на производство энергии, либо на трансмутацию актиноидов, образующихся в результате U/Pu топливного цикла. Использование тория вместо урана означает, что в самом реакторе ADS будет производиться меньшее число актиноидов.

Разработка ториевого топливного цикла

Проблемы, связанные с решением этой задачи, сводятся к высокой стоимости производства топлива частично вследствие высокой радиоактивности U-233, который всегда содержит U-232; аналогичные проблемы касаются и переработки тория вследствие высокой радиоактивности Th-228, определенного риска распространения U-233 как оружейного материала, а также ряда технических проблем переработки (пока не решенных должным образом). Предстоит проделать большую работу, прежде чем ториевый цикл будет поставлен на коммерческую основу, но пока можно в больших количествах добывать уран, такая работа представляется маловероятной.

Тем не менее, ториевый цикл с его потенциалом по воспроизводству без использования реакторов на быстрых нейтронах сохранит свою перспективность еще в течение длительного времени. Этот цикл является определяющим фактором в развитии самодостаточной ядерной энергетики.

 

poisk.livejournal.com