С торием в будущее

Автор Aleksei Shmidt,

редактор отдела расследований европейского журнала «ОБЪЕКТИВ»,

независимый журналист,

специально для журнала «Futurum»

Кипр, май 2015

 

Почему торий?

Рост энергоемкости промышленности и потребления энергии населением требует новых энергоисточников, более эффективных, дешевых и в меньшей степени вредящих окружающей среде и людям. Применять в больших масштабах альтернативные источники энергии, такой как солнечная или ветровая (РАССЕЯННОЙ энергии), — значит тратиться для ее сбора. А это тоже недешево.

Для индустриального потребления необходима энергия КОНЦЕНТРИРОВАННАЯ, т.е. энергия высокой плотности, высокой мощности, такая, которую дают атомные электростанции.

Современная наука ищет и предлагает к внедрению все новые, иногда достаточно известные разработки для получения электроэнергии в существующих электросетях взамен нынешних атомных электростанций.

«Чисто, дешево, испытанно» — под таким девизом продвигает и популяризирует свои идеи с 2010 года международная платформа «Ториевый энергетический альянс» (THORIUM ENERGY ALLIANCE) — на сайте T.E.A. Portal по использованию энергии слабоактивного элемента тория.

В США уже много лет существует испытательный реактор на тории, а исследования по возможности использования слабоактивного тория как топлива в ядерных электростанциях проводились и проводятся в Канаде, Франции, Индии и России.

Что же такое торий в смысле «топлива будущего»?

Торий — естественно встречающийся элемент в природе Земли, Луны, Марса. Это слабоактивный металл, запасы которого в недрах земли более чем в четыре раза превышают запасы урана. Благодаря такому изобилию тория, а также готовым исследованиям его как топлива этот материал может успешно применяться на современных электростанциях. Ядерные реакторы на ториевом топливе вырабатывают такое же количество электроэнергии, как и урановые или угольные электростанции, с той лишь разницей, что ториевые реакторы практически не имеют отходов. Ториевые реакторы выдают отходов по количеству менее 1%, от отходов, выдаваемых урановыми реакторами той же мощности, кроме того, ториевые реакторы не выбрасывают двуокиси углерода. Следует также учесть, что отходы урановых ядерных реакторов остаются токсичными более 10 тысяч лет, а те незначительные по количеству отходы от ториевых реакторов — 200 лет.

[blockquote style=»1″]ВЫНОСКА. Торий/Thorium (Th), 90 элемент III группы таблицы Менделеева, принадлежащий к актиноидам; тяжелый слаборадиоактивный металл. Торий был назван его первооткрывателем по имени бога грома Тора в скандинавской мифологии. Месторождения этих минералов известны в Австралии, Индии, Норвегии, США, Канаде, Южной Африке, Бразилии, Пакистане, Малайзии, Шри-Ланке, Киргизии и других странах[/blockquote]

Другие преимущества ториевых реакторов — в их большей безопасности, они не могут «расплавиться», торий нельзя применить в качестве ядерного оружия или для его производства. Ториевые реакторы разработаны таким образом, что они могут быть органично вмонтированы вместо существующих блоков ядерных и тепловых электростанций с использованием всех наличествующих сетей. И это очень эффективно.

Ранее ряд западных стран, в частности США, проводили эксперименты с ториевыми реакторами, однако эти проекты не получили развития — по официальной версии, из-за инженерной сложности, но также, по мнению аналитиков, и потому, что ториевый топливный цикл непригоден для создания ядерного оружия.

Посмотрим, что делается в мире по этому направлению

В недавно опубликованном Докладе о ториевой энергетике Индии (ThoriumEnergyReport.org) было заявлено о начале работ по подготовке к следующему за этим этапу — концептуальному проекту жидкосолевого быстрого реактора (IMBSR).

Как отмечается в докладе, жидкосолевые реакторы наиболее эффективны для использования в качестве топлива урана-233, который образуется в реакторе на быстрых нейтронах при облучении тория-232. Этот проект рассматривается как перспективный вариант для третьего этапа индийской ториевой программы.

Проект будет опираться на накопленный опыт исследований реакторов типа AHWR, а также предыдущих проектов. В случае успеха в Индии могут быть развернуты дополнительные работы по разведке запасов тория.

Индия — не первая страна, в которой разрабатываются проекты жидкосолевых ториевых реакторов — аналогичные исследования проводились еще в Китае в 2011 году, однако Индия намерена развернуть эти работы в значительно больших масштабах. Подробнее о планах развития технологий IMBSR в Индии должно быть объявлено на конференции по ториевой энергетике ThEC15 в Мумбаи 19–22 октября 2015 года.

Без названия1

Макет реактора AHWR

Компания Laser Power System решила продемонстрировать всему миру альтернативную ветку развития технологий, которые могут использоваться в машиностроении и не только. Ее специалисты создали автомобиль, работающий на тории.

Без названия2

Как рассказал гендиректор компании Чальз Стивенс, концепт приводится в движение при помощи ядерного реактора, вес которого составляет 227 килограммов.

В основе двигательной установки лежит ИК-лазер, работающий на тории. Он нагревает воду и превращает ее в пар, а он в свою очередь вращает турбину.

«Одного грамма тория хватит, чтобы заменить 28 тысяч литров бензина», — говорит Стивенс. «Хоть сравнивать топливо и торий не совсем корректно, так как в первом случае энергия получается за счет распада ядра, а во втором — за счет химической реакции горения, ториевый двигатель может стать альтернативным источником получения безопасной энергии. В отличие от урана или плутония торий достаточно безопасен, так как альфа-частицы, которые он излучает, имеют очень слабую проникающую способность, в качестве действенного экрана может выступать даже фольга», — говорит он.

[blockquote style=»1″]Справка. Одному автомобилю на «ториевом» двигателе на протяжении всего его жизненного цикла требуется только 8 граммов металлического Th. Первая экспериментальная модель «ядерной» машины получила название Cadillac World horium Fuel Concept (WTF). Презентация «ториевого кадиллака» состоялась в 2009 году.[/blockquote]

В России ученые Томского политехнического университета (ТПУ) по заказу Минпромторга РФ работают над концепцией ядерно-водородной энергетики с использованием реакторных установок на ториевом топливе.

«У урановой энергетики есть серьезные недостатки. Первый — короткий цикл использования топлива: через три-пять лет нужна перегрузка топлива, остановка ядерного реактора, большие расходы на утилизацию отработавшего топлива (ОЯТ). Ториевые реакторы могут работать дольше — можно довести кампанию до 10-15 лет», — рассказал в ТАСС проректор вуза по научной работе и инновациям Дьяченко.

Кроме того, строительство малых энергоустановок на уране нерентабельно в труднодоступных местах — урановая атомная энергетика конкурентоспособна только при условии создания крупной АЭС. Но из-за больших расстояний в РФ передача энергии обходится слишком дорого. «Именно по причине бескрайних расстояний и расположения многих добывающих предприятий в труднодоступных местах ториевая энергетика ориентирована на РФ», — подчеркнул проректор.

Согласно расчетам ученых небольшие ториевые реакторы можно использовать в труднодоступных районах России, а также на рудниках и карьерах, где после выработки их можно захоронить. Высокотемпературный ториевый реактор может служить как источником электроэнергии, так и для производства водорода.

В 2016 году планируется сделать опытный ториевый брикет для проведения экспериментов и рассчитать параметры будущей ториевой реакторной установки.

В качестве перспективных месторождений редкоземельных элементов для добычи тория рассматриваются Туганское (Томская область), Томторское (Якутия), Тарское (Омская область) и другие.

В Китае эксперты вынесли положительное заключение по реакторной технологии «AdvancedFuel CANDU Reactor» (AFCR), которая предполагает использование топлива на основе регенерированного урана и тория. Презентация технологии AFCR, разрабатываемой «Candu Energy Inc.» при участии «China National Nuclear Corp.» (CNNC), состоялась на мероприятии, организованном Китайской ядерно-энергетической ассоциацией (CNEA), где присутствовали 22 эксперта — представители ядерно-энергетической промышленности и научных учреждений КНР.

Без названия3

Топливо для AFCR

Правительство Китая борется с угольными электростанциями за чистоту воздуха и совместно с китайскими учеными поставило задачу разработать ториевый реактор к 2024 году.

Без названия4

«Ранее правительство было заинтересовано в развитии ядерной энергетики, чтобы решить проблему дефицита электроэнергии. Теперь оно уже больше заинтересовано этим видом генерации электричества из-за проблемы смога», — отметил работающий над проектом ториевого реактора профессор Ли Чжун.

В январе Китайская академия наук основала в Шанхае научно-технический центр передовых разработок с целью создания первого в мире промышленного ториевого реактора с использованием жидкосолевых технологий. Того количества урана, которое имеется в Китае, не хватает, чтобы продолжать развитие атомной энергетики только на урановом топливе (имеющиеся в Китае запасы тория оцениваются как третьи по величине в мире). Разрабатываемая в Шанхае технология с использованием ториевого топлива в виде жидкосолевого расплава, по прогнозам, способна выдавать значительно больше энергии, чем ныне используемые типы реакторов, а также генерировать меньшее количество радиоактивных отходов.

[blockquote style=»1″]Справка. С одной тонны Th можно получить столько же энергии, сколько с 200 тонн урана или с 3,5 миллиона тонн угля.[/blockquote]

Отчет, представленный норвежской организацией «Thorium Think Tank», также показал вселяющие оптимизм результаты. По данным доклада, Норвегия обладает одним из самых крупных месторождений тория в мире, и предполагается, что в районе Фенсфелте находятся залежи 56000–675000 тонн этого радиоактивного элемента. Торий, крупные запасы которого располагаются в городе Улефосс, в норвежской фюльке Теремарк, в районе рудного поля Фенсфелте, неоднократно рассматривался в качестве замены урана для реакторов будущего.

По данным норвежского ведущего технического журнала Teknisk Ukeblad, проблема состоит в том, что до сих пор не представлялось возможным использование этого элемента в коммерческих целях. Препятствием служил легкий доступ к месторождениям и низкие цены на уран, в то время как атомной промышленности требуется строгий набор правил по внедрению инновационных разработок.

Институт энергетических технологий (IFE) проводил испытания топлива для норвежской компании «Thor Energy». Подготовка к проведению испытаний осуществлялась в течение длительного времени. В этот период главной целью эксперимента является обеспечение безопасности производственного процесса. Результаты, полученные по результатам испытаний, заложат основу для последующего использования тория в атомной промышленности.

Топливо, запатентованное для компании «Thor Energy», состоит из 90% тория и 10% плутония и, следовательно, отличается от традиционного уранового топлива.

Без названия5

Только факты

  • Самая большая проблема современных АЭС заключается в том, что они работают на делящихся изотопах. Это означает, что ядерное топливо способно поддерживать цепную реакцию деления самостоятельно. Следовательно, нам всегда нужно быть готовыми к тому, что реакция выйдет из-под контроля.
  • В подкритических системах, работающих под управлением ускорителей, — каковой является ториевый реактор — топливо само по себе не способно к делению. Торий должен быть подвергнут бомбардировке протонными пучками для того, чтобы в нем началась цепная реакция деления. Ядра тория, захватывая протоны, будут превращаться в изотоп урана-233. При дальнейшем делении образовавшегося урана выделится энергия, достаточная для покрытия собственных нужд ускорителя и создания определенного запаса, который может быть преобразован в электричество. Если облучение протонами будет остановлено, то цепная реакция деления немедленно прекратится — иными словами, реакция не сможет выйти из-под контроля, как это способно произойти на нынешних АЭС.
  • Ториевый реактор также малопригоден для производства оружейных ядерных материалов, в отличие от традиционных АЭС. В ториевом топливе будет образовываться незначительное количество урана-232. Этот изотоп сильно радиоактивен, а обращение с ним затруднено до предела. На уровне безопасности ториевой станции наличие урана-232 практически не скажется, зато любые попытки использовать ее для наработки оружейных материалов станут невозможными.
  • В ториевом реакторе не будет образовываться и плутоний. Этот материал в целом ряде стран относят к ядерным отходам, и он же может служить начинкой для атомной бомбы.
  • С другой стороны, ториевый реактор пригоден для трансмутации плутония под действием пучка протонов — ведь, захватывая протон, плутоний перейдет в более тяжелые ядра с невоенными характеристиками. Поэтому ториевые реакторы часто предлагают строить рядом со старыми урановыми установками, что позволило бы практически немедленно и без далеких транспортировок уничтожать ядерные отходы.

Что нам всем необходимо знать

Без названия7

Л.Н.Максимов, д.т.н., директор НИЦ физико-технических и экологических проблем энергетики, Новосибирск

Экосистема нашей планеты во всей своей предыстории никогда не была знакома с плутонием и другими трансуранами. Образно говоря, сам Бог начал созидание жизни на Земле лишь после того, как указанные радиоактивные элементы практически полностью распались. В ХХ веке люди научились искусственно создавать плутоний и другие трансураны. По имеющимся сведениям на сегодня в мире произведено уже более 2000 тонн плутония.

Без названия6

Из практики заводов по производству плутония уже научно установлено, что предельно допустимое его содержание в организме живого человека измеряется… миллиардными долями грамма! Следовательно, достоверно установлено, что плутоний является самым опасным веществом категорически недопустимым даже для ничтожнейшего распространения на Земле…

Коммерческие интересы образовавшихся в сфере мировой ядерной энергетики гигантских транснациональных корпораций вступают в противоречие с широким распространением этой тревожной информации. Население ядерных стран оказывается заложниками этих корпораций.

Ярким примером этому является принятый Президентом РФ В.Путиным Закон, позволяющий ввоз в Россию 20 тысяч тонн отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) зарубежного производства. Заметим, что в этом количестве ОЯТ содержится более 200 тонн одного только плутония, не говоря уже о других трансуранах и осколочных элементах. Тем самым, невзирая на имевшиеся массовые протесты общественности, нынешней властью России фактически подготовлены гигантские потенциальные угрозы безопасности и здоровью миллионов людей.

Л.Н. Максимов является автором и много лет продвигает по существу перспективное создание нового третьего поколения ядерной энергетики, которое действительно способно стать экологически достаточно приемлемым и базируется на следующих трех (как минимум) главных технологических «китах», а именно:

  • принципиально новое ядерное топливо как фундаментальная основа;
  • принципиально новые тепловыделяющие элементы как новая элементная база;
  • принципиально новый ториевый реактор как интегральный физико-технический комплекс.

Академик РАН Л.П. Феоктистов утверждал, что «…при всех различиях современных быстрых и тепловых реакторов есть одна черта, их объединяющая. И тот и другой работают по схеме выжигания активного компонента топлива (уран-235, плутоний-239) в активной зоне… В них первоначально закладывается активного материала больше, чем это требуется для непосредственного поддержания критического уровня. Стационарное положение балансируется регулирующими стержнями–поглотителями нейтронов… В этом смысле ни один из ныне существующих реакторов, работающих по принципу выгорания, нельзя отнести к безусловно безопасным, потому что, если вдруг по случайным причинам регулирующие стержни покинут активную зону, возникнет значительная надкритичность. Цепная реакция в таких условиях будет развиваться настолько быстро, что никакая аварийная защита не поможет» [1].

Другими словами, для осуществления гигантских катастрофических взрывов реакторов ныне действующих АЭС достаточно, например, всего лишь одного действия — просто («…по случайным причинам») выброса из активной зоны стержней-поглотителей нейтронов. Это может быть сделано по целому ряду сценариев, в том числе соответствующей подготовкой практически вполне осуществимого теракта…

В рамку: Добыча тория дает всего один чистый изотоп, в то время как смесь природных урановых изотопов требует обогащения для работы в большинстве обычных ядерных реакторов. Торий не может поддерживать цепную ядерную реакцию без специальных кондиций, так что в случае необходимости его распад в реакторе прекращается автоматически.

Проблемы, связанные с проявлением «человеческого фактора»

Действительно, если неважно какими (вольными или невольными) действиями персонала АЭС она может быть практически взорвана, то совершенно неоспоримо, что столь чрезмерно уязвимая ядерная энергетика в принципе не имеет права на существование. Особо следует отметить угрозу реального проявления ядерного и радиационного терроризма.

Мнение о якобы достаточной безопасности ныне действующих АЭС опровергается самими разработчиками ядерных технологий. Выдающийся физик ХХ века, лауреат Нобелевской премии, академик Петр Леонидович Капица обоснованно считал, что «атомная электростанция — это атомная бомба, дающая электричество». Вообще, мнение ведущих разработчиков ядерного оружия в вопросе безопасности атомной энергетики более объективно. Они, с одной стороны, корпоративно не связаны с покровителями и разработчиками нынешних АЭС, а с другой — в совершенстве знают все необходимые требования по обеспечению надежности и безопасности ядерных зарядов и любых активных сборок, содержащих делящиеся материалы.

Предельно негативна оценка безопасности всех нынешних АЭС всемирно признанным патриархом американской ядерной физики, отцом американской водородной бомбы Эдвардом Теллером. Он вообще категорически и непоколебимо настаивал на обязательном только подземном размещении АЭС, причем на том же научно-техническом основании, которое первым официально огласил акад. Л.П. Феоктистов, а именно — на основании абсолютной недопустимости (в условиях принципиально присущего наличия в активной зоне реактора избыточной реактивности) существования фактически всего лишь одной степени защиты таких активных зон реакторов, установленных, особо повторим, — на всех ныне действующих АЭС.

А что в Украине?

С середины 1990-х в независимой Украине угледобыча колеблется на уровне 60–85 миллионов тонн в год. Так, в 2012 году было добыто 82 миллиона тонн, из которых на производство тепла и электроэнергии было израсходовано (т.е. попросту сожжено) 37 миллионов тонн (эквивалент 10,6 тонны тория).

На территории Украины запасы Th соседствуют как раз с шахтами Донбасса — в монацитовых песках («черных пляжах», титано-циркониевых россыпях с долей тория до 10%) на побережье Азовского моря от Бердянска (Запорожская область) до российского Таганрога. Содержится Th и в циркониевом концентрате, добываемом на Малышевском месторождении тяжелых металлов у Вольногорска, в 80 километрах от Днепропетровска.

Может, после чернобыльской трагедии и в связи с нынешними сложностями с угольным регионом страны правительство и Президент Украины задумаются о полном энергоперевооружении и создадут целевую государственную программу по торию? Было бы интересно сотрудничество Украины в этом направлении с Казахстаном, где ядерный реактор на расплавах солей тория разрабатывается в Национальном ядерном центре Казахстана.

Справка. В 1978–2010 годы среднегодовой объем производства тория во всем мире не превышал 150–200 тонн. По данным на 1997 год килограмм оксида тория продавался за 65 долларов 55 центов. Килограмм металлического тория 99,9%-ной чистоты — за 82 доллара 50 центов, 99,99%-ной чистоты — за 107 долларов 50 центов. Самыми большими в мире запасами Th обладают Австралия и Индия — 300 тысяч и 290 тысяч тонн соответственно.

Без названия8

Разведанные запасы тория в различных странах мира

 

 

2 комментировали

Комментарии:

Внимание! Ваш e-mail не будет опубликован. *поля для обязательного заполнения!

Cancel reply

2 Comments

  • Игорь
    12.08.2015, 14:15

    торий- наше будущее

    REPLY
    • 斯拉夫@Игорь
      25.01.2016, 12:37

      Хочется что бы оно у нас было…

      REPLY