14 просмотров

С каким элементом часто связывают ядерное деление

Делящиеся элементы в основном используются для производства чистой энергии; однако их объединяющая способность состоит в том, чтобы распадаться во время деления. В ядерной реакции при делении высвобождаются нейтроны, которые расщепляют соседние ядра, вызывая устойчивую энергичную цепную реакцию; 1 кг обогащенного урана может произвести примерно 50 000 кВтч (киловатт-часов) энергии, что более чем в 16 000 раз превышает количество, производимое сопоставимым количеством угля («Уран»). Однако это высокоэффективное производство энергии не обходится без затрат. После того, как ядерная реакция затухает, то, что осталось от исходного топлива, становится высокорадиоактивным. Отработавшее топливо необходимо надежно хранить в течение длительного времени (порядка столетий), чтобы оно не оказывало вредного воздействия на живые организмы. Несмотря на проблему отработавшего топлива, деление на сегодняшний день является самым экологичным методом производства энергии; он не производит парниковых газов («Уран»).

Есть три радиоактивных изотопа, которые являются делящимися (способными к делению): плутоний-239, уран-233 и уран-235 (Stwertka, 1998). Плутоний производится только как побочный продукт деления урана; его не следует подробно обсуждать, так как он не находит широкого применения, кроме как в ядерном оружии. Уран и торий являются двумя наиболее распространенными радиоактивными элементами. Торий встречается гораздо чаще, чем уран; однако даже с плутониевой активной зоной технология не достигла точки, при которой реакции деления тория стали бы самоподдерживающимися (Dean, 2006). Таким образом, уран будет основным обсуждаемым делящимся элементом, поскольку в настоящее время он используется в производстве энергии и производится путем добычи исходных оксидов.

Статья в тему:  Как искусственный интеллект используется в бизнес-решениях

Хотя спрос на делящиеся элементы с годами увеличился, ожидается, что будущий рост спроса будет скромным. Ожидается, что текущих извлекаемых мировых запасов хватит как минимум на 70, если не на 100 лет («Global Uranium Supply», 2012). Таким образом, как будет подробно объяснено ниже, ожидается, что поставки делящихся элементов смогут удовлетворить спрос на протяжении большей части следующего столетия.

Текущий и прогнозируемый спрос на делящиеся элементы

Текущий мировой спрос на уран оценивается в 64 000 тонн в год («Глобальное предложение урана», 2012 г.). Мировой спрос на торий близок к нулю. Цифры спроса на плутоний найти трудно, так как большая часть плутония используется в смешанном оксидном («МОКС») топливе для реакторов или в оружии. Однако общий спрос весьма невелик, поскольку военный спрос на ядерное оружие практически прекратился (International Panel for Fissile Materials, 2012).

Поскольку делящиеся элементы в основном используются в производстве энергии, при попытке предсказать будущий спрос на делящиеся элементы важно учитывать прогнозы будущего производства энергии. На следующей диаграмме (Ян, 2011 г.) показано, из каких источников мир производит электричество и энергию; мы видим, что нефть и уголь являются крупнейшими поставщиками энергии, а уголь и газ являются крупнейшими производителями электроэнергии. Ядерная энергия колеблется на уровне 6% для производства энергии и 14% для производства электроэнергии.

Однако и нефть, и уголь являются основными производителями парниковых газов. В последнее время многочисленные исследования и кампании по информированию общественности вдохновили «зеленое» движение за отказ от этих источников энергии. По мере того, как угольная и нефтяная части пирога будут уменьшаться, а технологии и меры безопасности ядерной энергетики будут улучшаться, ядерная доля будет только увеличиваться («Глобальные поставки урана», 2012 г.).

Статья в тему:  Как очистить воду после ядерной атаки

Согласно совместному исследованию Секретариата Агентства по ядерной энергии и Международного агентства по атомной энергии (АЯЭ-МАГАТЭ), производство ядерной энергии, по прогнозам, вырастет на 44-99% с 2010 по 2035 год (с 375 до 540-746 ГВт). Поэтому прогнозируется, что спрос на уран вырастет с 64 000 тонн до 98 000–136 000 тонн («Глобальное предложение урана», 2012 г.). Однако эти прогнозы спроса на уран не учитывают деление тория. Как только деление тория станет технологически осуществимым, спрос на уран значительно уменьшится.Ториевые АЭС должны производить радиоактивные отходы с более коротким периодом полураспада, чем урановые АЭС, и будут иметь меньшую вероятность расплавления при относительно низких затратах. Индия, которая содержит 25% мировых запасов тория, стремится к 2050 году удовлетворить 30% своей потребности в электроэнергии за счет реакторов на основе тория (Bhattacharyya, 2011). Если производство энергии из тория станет возможным, то вполне вероятно, что это снизит глобальный спрос на уран, поскольку торий более распространен и производит меньше радиоактивных отходов.

Если деление тория начнется, спрос на торий значительно возрастет; однако на данный момент невозможно точно предсказать увеличение спроса, поскольку технологии не существует (Dean, 2006). Торий, безусловно, имеет более широкое применение в будущем; преимущества производства ториевой энергии просто слишком велики, чтобы не развивать эту технологию.

Текущее и прогнозируемое предложение делящихся элементов

Статья в тему:  Что такое ответ искусственного интеллекта

В настоящее время предложение делящихся элементов либо соответствует спросу, либо превышает его («Глобальное предложение урана», 2012 г.). Для тория существуют большие мировые запасы, но в настоящее время торий не производится, кроме как в качестве побочного продукта добычи оксидов редкоземельных элементов и других руд. Поскольку торий уже производится в качестве побочного продукта при добыче редкоземельных элементов, существует большая вероятность легкого расширения предложения (Bhattacharyya, 2011).

Плутоний не существует в природе, но в настоящее время он производится как побочный продукт деления урана. Мировые запасы плутония составляют около 500 тонн, половина из которых — военные запасы для оружия и морской мощи (International Panel for Fissile Materials, 2012). Плутоний продолжает производиться, в последнее время Великобритания. По состоянию на январь 2011 года запасов урана должно хватить более чем на сто лет, и текущий годовой объем поставок находится на одном уровне со спросом («Global Uranium Supply», 2012).

Равенство между будущим спросом и предложением

Как объяснялось выше, спрос и предложение на элементы группы деления растут.Многочисленные исследования показали, что будущих поставок делящихся элементов будет более чем достаточно для удовлетворения будущего спроса. Прогнозируемый рост предложения урана достаточен для удовлетворения даже 99% возросшего спроса (верхняя граница, установленная АЯЭ-МАГАТЭ). Исследование NEA-IAEA предсказало, что текущая база ресурсов урана «более чем достаточна для удовлетворения высоких потребностей до 2035 года и в обозримом будущем» («Global Uranium Supply», 2012).

Статья в тему:  Почему глобальное потепление ослабляет реактивное течение

Текущий спрос и прогнозы NEA-IAEA рисуют многообещающее будущее для согласования спроса и предложения, тем более что они не принимают во внимание возможную ториевую технологию. Таким образом, прогнозы спроса и предложения на делящиеся элементы не требуют немедленного вмешательства в поставку делящихся элементов.

Другой прогноз экономического факультета Нантского университета дает аналогичные результаты. Они использовали исследование NEA-IAEA и свои собственные проекционные модели.

Их модель «оценивается для трех различных периодов времени, которые учитывают основные события, повлиявшие на развитие ядерно-урановой отрасли, то есть ограничившие темпы роста или ядерные генерирующие мощности…» (Kahouli, 2011). Он приходит к тому же выводу: спрос не будет превышать предложение.

Таким образом, в этом проекте не будут рассматриваться конкретные меры по снижению предложения или спроса на уран, поскольку исследования говорят об их устойчивости. Компании и правительства уже имеют хорошие стимулы для самостоятельного продолжения исследований и разработок, учитывая прибыльность урана. Что касается других делящихся элементов, то запасы плутония достаточно велики. Поскольку плутоний не используется широко, а предложение плутония продолжает увеличиваться в результате деления урана, маловероятно, что предложение будет отставать от спроса в будущем. Ожидается, что спрос на торий увеличится, однако предложение также может увеличиться. Таким образом, маловероятно, что в будущем спрос на торий превысит предложение (Bhattacharyya, 2011).

В заключение, хотя ожидается, что спрос на делящиеся элементы значительно возрастет в течение следующих 100 лет, глобальное предложение должно легко удовлетворить такое увеличение спроса.

Статья в тему:  Сколько денег может решить проблему голода в мире

Практический пример: изменения спроса и предложения в связи с ядерной катастрофой

Реакция на аварию на Фукусиме создала интересный пример спроса на делящиеся элементы после ядерной катастрофы. Катастрофа, подобная этой, может случиться с такими нестабильными элементами; Чернобыль и Три-Майл-Айленд были еще крупнее.

Фукусима привела к снижению спроса: 54 из 56 японских реакторов закрылись, что снизило спрос примерно на 18 миллионов фунтов в год. Германия, реагируя на протесты общественности по поводу безопасности, сократила 17 реакторов, уменьшив спрос на дополнительные 3 миллиона фунтов («Uranium one see», 2012).
Однако это снижение спроса сопровождалось сокращением предложения. «Участники отрасли уже учли эффект Фукусимы в рыночных ценах», и со временем эффект оказался небольшим. Хотя после Фукусимы произошло снижение цен, цены на уран были на 10 долларов США за фунт выше, чем за год до цунами в Японии («Uranium One Sees», 2012).

Из этого примера можно сделать вывод, что стихийные бедствия не окажут существенного влияния ни на спрос, ни на предложение.

Бхаттачарья, К. (2011, 24 марта). Индийская технология разведения тория. Извлекаются из

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x