Россия не в состоянии конкурировать с Китаем в новой атомной энергетике
ну вот подробно про торий кому интересно .
--------------------------
Торий в ядерной энергетике: плюсы, минусы, подводные камни
В мире людей, далеких от атомной энергетики существует почти конспирологическая идея о том, что ТОРИЙ
— это то, что злобные атомные буратины скрывают от пушистых
потребителей электричества. Дешевый, безопасный и не оставляющий
радиоактивных отходов — он мог бы привести атомную энергетику на вершины
могущества, но по каким-то причинам не привел.
Загрузка ториевой ТВС в норвежский исследовательский реактор Halden.
Сегодняшний парк промышленных ядерных реакторов, целиком и полностью
использует урановое топливо, а конкретно изотоп U235.
Произошло это по простой причине — это единственный природный изотоп, который способен поддерживать цепную реакцию распада.
Остальные природные тяжелые элементы, например U238 и Th232 (тот самый торий) цепную ядерную реакцию не поддерживают.
Есть еще несколько искусственно получаемых которые способны работать в реакторе — например всем известный Pu239 или U233
— получаемые путем трансмутации тех самых U238, Th232.
Тяжеловодные реакторы — один из трех главных дизайнов (наряду с
газоохлаждаемыми и жидкосолевыми), в которых может быть применен
ториевый цикл.
Таким образом, первый момент, почему мы не видим сотни реакторов на
тории, весело снабжающих мир электричеством — торий не является ядерным
топливом.
Он имеет смысл только в составе замкнутого ядерного топливного
цикла(ЗЯТЦ), который полноценно так нигде и не был воплощен. Так же как
и ЗЯТЦ на уране, торию будут нужны быстрые реакторы с коэффициентом
воспроизводства больше 1, радиохимические перерабатывающие заводы и
прочие фишки ЗЯТЦ.
Фактически Th232 — это конкурент U238 — вещество, которое можно
превратить в ядерное топливо. Если говорить в общем у каждого из
кандидатов в ядерное топливо есть свои плюсы и минусы:
- 1. В земной коре тория в несколько раз больше, чем урана. Это плюс торию.
- 2. У тория нет проблем с минорными актиноидами, топливо на основе ториевого цикла становится не радиоактивным уже через несколько сот лет
- против сотен тысяч у уранового цикла. Это его главный плюс, об этом ниже.
- 3. Однако торий надо добыть, в то время как 3,5 млн тонн урана уже лежат на складах
( у россии есть на складах запас тория эквивлентный одному миллиону тонн урана )
- 4. При трансмутации Th232->U233 образуется промежуточный Pa233, который довольно долго распадается и является нейтронным ядом. Это огромный минус, о нем мы поговорим ниже.
- 5. Побочный изотоп U232, который будет нарабатываться в топливе с торием дает при распаде цепочку жестких гамма-излучателей, которые резко осложняют переработку ОЯТ.
Понятно, что с таким гандикапом (пункт 3) и отсутствием ЗЯТЦ у тория не
очень-то много шансов на реализацию, как минимум на сегодня. Да и в
остальном у тория нет каких-то недостатков или преимуществ. Часто ему
приписывают, например, что он не имеет проблем распространения
ядерно-оружейных технологий. Это не так. Да, тут нет плутония, но есть
U233, из которого отлично получаются ядерные бомбы.
Превращение материалов в топливе современного реактора: 3,5% U235
распадается в продукты деления, паралельно из U238 нарабатывается 3% Pu,
2% из которых тоже распадается, давая тепло и нейтроны.
Теперь давайте поговорим о пунктах 2 и 4 поподробнее, т.к. они являются определяющими для будущего тория.
Итак, что за проблема минорных актиноидов? При работе ядерного реактора
на обычном, человеческом топливе из 3-5% U235 и 95-97% U238 при
поглощении нейтронами образуются разнообразные неприятные вещества —
минорные актиноиды. К ним относят нептуний Np-237, изотопы америция
Am-241, -243, кюрия Cm-242, -244, -245. Все они радиоактивны, и довольно
неприятно — мощные гамма излучатели. Однако в свежем ОЯТ их будет
совсем немного — несколько килограмм на тонну, против десятков килограмм
продуктов деления (типа знаменитого Cs-137), которые еще более активны.
В чем же проблема?
Превращения изотопов в урановом топливе в реакторе.
Проблема в периоде полураспада. Самый длинный период полураспада
продуктов деления как раз у Cs-137 — и он составляет ~30 лет. За 300 лет
его активность уменьшится в 1000 раз, а за 900 — в миллиард. Это
значит, что за исторически обозримое время можно перестать беспокоиться о
коррозии ОЯТ и охранять его от нехороших любителей радиоактивности.
Оценки для ядерной энергетики: мощности в ГВт Pel, исторической
выработки энергии в ГВт*годах Qel, массы ОЯТ в тоннах, массы плутония в
этом ОЯТ MPu в тонных, и остальных изотопах в килограммах
А вот для минорных актиноидов периоды полураспада составляют тысячи лет.
Это значит, что сроки хранения удлиняются с сотен лет до десятков
тысяч. Такое время уже довольно сложно представить, зато можно
представить, что при интенсивной работе атомной энергетики через
несколько тысяч лет ОЯТом будет заставлена довольно большая территория, а
самой популярной профессией будет “охранник хранилища ОЯТ”.
А шведы уже захоранивают ядерное топливо навсегда по такой схеме в хранилище Forsmark.
Ситуация меняется, если вместо цикла с однократным использованием
топлива (который существует сейчас) мы переходим к замкнутому циклу —
нарабатывая из U238 или Th232 ядерное топливо и сжигая его в реакторе. С
одной стороны объем ОЯТ по понятным причинам резко уменьшается, а вот с
другой — количество минорных актиноидов будет расти и расти. Проблема
уничтожения (путем трансмутации и расщепления) минорных актиноидов в
ядерных реакторов с 70х является одной из существенных на пути к
разворачиванию ЗЯТЦ.
И вот тут Th232 на коне. В его ЯТЦ не будут образовываться МА, а значит
нет и проблем с хранением ОЯТ “вечно”, и проблем с обращением с этими
очень сложными и неприятными субстанциями в ходе переработки уранового
ОЯТ. Таким образом торий получает важное преимущество — ЗЯТЦ на нем
чем-то может быть проще.
Жидкосолевой реактор — вечный спутник идеи ториевой энергетики.
И тут же компенсирует его своими неприятными ядерно-физическими
особенностями. Наработка ядерного топлива из U238->Pu239 и
Th232->U233 происходит через генерацию промежуточных изотопов Np239 и
Pa233 соответственно. Оба они являются “нейтронными ядами”, т. е.
паразитно поглощают нейтроны, только вот период полураспада Протоактиния
в 10 раз больше, т.е. содержание в топливе его в 1000 (2^10) раз
больше. Это вызывает заметные проблемы при попытке сделать
“классический” быстрый реактор на U233 и Th232. Из этой проблемы под
руку с ториевым циклом ходит идея жидкосолевого реактора — емкости с
расплавом “ядерной” соли FLiBe= LiF + BeF2 и добавленными туда фторидами Th232 и U233.
FLiBe с примесью фторида U233 в твердом и жидком виде имеет правильный для ядерного реактора цвет.
Такой реактор управляется с помощью контроля утечки нейтронов из
активной зоны, и фактически не имеет никаких исполнительных механизмов
внутри АЗ, а главное — постоянно очищается радиохимическим способом от
Pa233 и продуктов распада U233. Идея ЖСР — святой грааль ядерной
инженерии, но одновременно кошмар материаловедов — в этом расплаве
быстро образуется вся таблица менделеева в буквальном смысле, и сделать
материал, который будет удерживать такую смесь без коррозии в условиях
высокой температуры и радиации пока не получается.
Разрез индийского AHWR — единственного в мире промышленного реактора, планируемого к работе на Th/U233 и Th/Pu239 MOX.
Таким образом можно резюмировать: пока у атомной индустрии нет ни особых
потребностей, ни возможностей по строительству ториевой энергетики.
Экономически это выглядит так — торий не интересен, пока стоимость
килограмма урана не превысит 300$, как это сформулировано в выводах отчета
МАГАТЭ по ториевому циклу. Даже индусы, в условиях ограничения поставок
урана (и отсутствия его ресурсов внутри страны) сделавшие в 80х ставку
на ториевый ЗЯТЦ сегодня постепенно сворачивают усилия по его запуску.
Ну а у нашей страны есть только интересно наследие из эпохи, когда плюсы
и минусы тория были непонятны — склады с 80 тысячами тонн монацитового
песка (ториевой руды) в Красноуфимске, но нет больших экономически
оправданных месторождений тория и планов по его освоению для ядерной
энергетики.