Что такое торий?

Торий является основным элементом природы, как железо и уран. Как и уран, его свойства позволяют использовать его для подпитки цепной ядерной реакции, которая может запускать электростанцию ​​и производить электричество (среди прочего). Сам по себе торий не расщепляется и не высвобождает энергию. Скорее, когда он подвергается воздействию нейтронов, он подвергается серии ядерных реакций, пока в конечном итоге не превратится в изотоп урана под названием U-233, который легко разделится и высвободит энергию, когда в следующий раз поглотит нейтрон. Поэтому торий называют плодородный, тогда как U-233 называется расщепляющийся.

Реакторы, использующие торий, работают по так называемому ториево-урановому (Th-U) топливному циклу. Однако подавляющее большинство существующих или предполагаемых ядерных реакторов используют обогащенный уран (U-235) или переработанный плутоний (Pu-239) в качестве топлива (в уран-плутониевом цикле), и лишь немногие используют торий. Текущие и экзотические конструкции теоретически могут вместить торий.

Топливный цикл Th-U имеет некоторые интригующие возможности по сравнению с традиционным циклом U-Pu. Конечно, у него есть и минусы.На этой странице вы узнаете некоторые подробности о них и сможете продуктивно обсуждать торий со знанием основ.

Новые и перспективные электростанции с ядерными реакторами Китай и Индия обладают значительными запасами минералов, содержащих торий, но не так много урана. Итак, ожидайте, что этот источник энергии станет важным событием в недалеком будущем…

Предупреждение о шумихе Если кто-то в Интернете рассказал вам что-то невероятное о тории, вы можете посетить нашу страницу мифов о тории, чтобы еще раз проверить это.

На этой странице

• Каковы преимущества использования тория?
• Каковы недостатки тория?
• А делать бомбы?
• Реакторы с жидким фторидом тория
• Смотрите также

Каковы основные преимущества тория?

• Ториевые циклы позволяют использовать реакторы-размножители исключительно на медленных нейтронах. (в отличие от быстрых заводчиков). В реакторе традиционного типа (на медленных нейтронах) выделяется больше нейтронов на каждый нейтрон, поглощенный топливом. Это означает, что если топливо будет переработано, реакторы могут быть заправлены топливом без дополнительной добычи U-235 для повышения реактивности, а это означает, что ресурсы ядерного топлива на Земле могут быть увеличены на 2 порядка без некоторых осложнений быстрых реакторов. Термическое воспроизводство, возможно, лучше всего подходит для реакторов с расплавленной солью, которые обсуждаются на их собственной странице, а также в кратком изложении ниже.
• Топливный цикл Th-U не облучает уран-238 и, следовательно, не производит трансурановые (больше урана) атомы. такие как плутоний, америций, кюрий и т. д. Эти трансурановые соединения представляют собой серьезную проблему для здоровья долгосрочных ядерных отходов. Таким образом, отходы Th-U будут менее токсичными в масштабе времени более 10 000 лет.

Есть ли какие-либо дополнительные преимущества тория?

• В земной коре тория больше, чем урана, при концентрации 0,0006% против 0,00018% для урана (коэффициент 3,3x). Это часто называют ключевым преимуществом, но если вы посмотрите на известные запасы экономически извлекаемого тория по сравнению сУран [1,2], вы обнаружите, что они оба почти идентичны. Кроме того, значительное количество урана растворено в морской воде, тогда как тория там в 86 000 раз меньше. Если замкнутые топливные циклы или воспроизводство когда-либо станут мейнстримом, это преимущество будет неактуальным, потому что топливные циклы Th-U и U-Pu прослужат нам десятки тысяч лет, а это примерно столько же, сколько современная история.

Каковы недостатки тория?

• У нас нет такого большого опыта работы с Th. Атомная промышленность довольно консервативна, и самая большая проблема с Thorium заключается в том, что нам не хватает опыта работы с ним. Когда на карту поставлены деньги, трудно заставить людей измениться от нормы.
• Ториевое топливо немного сложнее приготовить. Диоксид тория плавится при температуре на 550 градусов выше, чем традиционный диоксид урана, поэтому для производства качественного твердого топлива требуются очень высокие температуры. Кроме того, Th довольно инертен, что затрудняет его химическую обработку. Это не имеет значения для реакторов на жидком топливе, обсуждаемых ниже.
• Облученный торий более опасен в краткосрочной перспективе.. Цикл Th-U неизменно производит некоторое количество U-232, который распадается до Tl-208, имеющего моду распада гамма-излучения 2,6 МэВ. Би-212 тоже вызывает проблемы. Эти гамма-лучи очень трудно экранировать, что требует более дорогостоящего обращения с отработавшим топливом и/или переработки.
• Торий не так хорошо работает, как U-Pu в быстром реакторе. Хотя U-233 является отличным топливом в режиме медленных нейтронов, в быстром спектре он находится между U-235 и Pu-239. Таким образом, для реакторов, требующих отличной экономии нейтронов (таких как концепция воспроизводства и сжигания), торий не идеален.

Проблемы распространения

Торий обычно считается устойчивым к пролиферации по сравнению с циклами U-Pu. Проблема с плутонием заключается в том, что его можно химически отделить от отходов и, возможно, использовать в бомбах. Общеизвестно, что даже плутоний реакторного качества можно превратить в бомбу, если сделать это осторожно.Благодаря полному отказу от плутония ториевые циклы превосходят в этом отношении.

Помимо отсутствия плутония, торий обладает дополнительной самозащитой от жесткого гамма-излучения, испускаемого U-232, как обсуждалось выше. Это делает кражу топлива на основе тория более сложной задачей. Кроме того, тепло от этих гамм затрудняет изготовление оружия, так как трудно удержать оружейную яму от плавления из-за собственного тепла. Обратите внимание, однако, что гамма-излучение происходит от цепочки распада U-232, а не от самого U-232. Это означает, что загрязняющие вещества могут быть химически отделены, и с материалом будет намного легче работать. U-232 имеет период полураспада 70 лет, поэтому для возвращения этих гамма-излучения требуется много времени.

Одна гипотетическая проблема с распространением ториевого топлива заключается в том, что протактиний можно химически отделить вскоре после его производства и удалить из потока нейтронов (путь к U-233 лежит через Th-232 -> Th-233 -> Pa-233). -> У-233). Затем он распадается непосредственно до чистого урана-233. По этому сложному маршруту можно было получить материалы для оружия. Но период полураспада Pa-233 составляет 27 дней, поэтому, как только отходы станут безопасными в несколько раз, об оружии не может быть и речи. Таким образом, опасения по поводу кражи отработанного топлива людьми в значительной степени уменьшаются благодаря Th, но возможность владельца реактора Th-U получить материал для бомбы — нет.

Реакторы с расплавленной солью

Одним из особенно интересных вариантов, подходящих для воспроизводства медленных нейтронов в топливном цикле Th-U, является реактор на расплавленных солях (MSR), или, как один конкретный MSR широко известен в Интернете, реакторы с жидким фторидом тория (LFTR). В них топливо не разливается в гранулы, а растворяется в чане с жидкой солью. Цепная реакция нагревает соль, которая естественным образом проходит через теплообменник, отводя тепло к турбине и вырабатывая электричество. Химическая обработка в режиме онлайн удаляет нейтронные поглотители продуктов деления и позволяет выполнять дозаправку в режиме онлайн (устраняя необходимость останова для управления топливом и т. д.).Ни один из этих реакторов не работает сегодня, но в Ок-Ридже в 1960-х годах был испытательный реактор такого типа, который назывался «Эксперимент с реактором на расплавленной соли» [википедия] (MSRE). MSRE успешно доказал, что концепция заслуживает внимания и может эксплуатироваться в течение длительного периода времени. Он конкурировал с реакторами-размножителями на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем (LMFBR) за федеральное финансирование и проиграл. Элвин Вайнберг подробно обсуждает историю этого проекта в своей автобиографии «Первая ядерная эра» [amazon.com], а дополнительную информацию можно найти в Интернете. Эти реакторы могут быть чрезвычайно безопасными, устойчивыми к распространению, ресурсосберегающими, экологически более эффективными (по сравнению с традиционным ядерным оружием, а также, очевидно, с ископаемым топливом) и, возможно, даже дешевыми. Экзотично, но успешно проверено. Кто собирается запускать на них стартап? (Шучу, над ними уже работает 4 стартапа, и Китай их тоже разрабатывает).

Смотрите также

• Наша страница мифов о тории
• Наша страница разведения и переработки
• Наша страница реактора с расплавленной солью
• IAEA TECDOC-1450 Ториевый топливный цикл – потенциальные преимущества и проблемы. 113 страниц профессиональной информации.
• Energy From Thorium — сайт, посвященный потенциально превосходному использованию тория в LFTR.
• Ториевый топливный цикл [википедия]
• Эксперимент с расплавленным солевым реактором [википедия]
• Первая ядерная эра [amazon.com]
• Атомная энергетика — наши ворота в процветающее будущее — обзорная статья A.P.J. Абдул Калам, бывший президент Индии
• Реактор с жидким фторидом тория [википедия]
• Специальное издание журнала Nuclear Technology on Thorium за май 2016 г.

использованная литература

• World Nuclear — известные запасы тория
• World Nuclear — известные запасы урана

Вопросы? Комментарии? Отправьте нам записку.