Tórium-e menteni a bolygót az energiaválság, Popular Mechanics magazin

1815-ben, a híres svéd kémikus Jens Jakob Berzelius be a felfedezést egy új elem, amit a tiszteletére nevezték el tórium Thor, a mennydörgés istene és fia a legfelsőbb skandináv isten Odin. Azonban 1825-ben fedezték fel, hogy a felfedezés hiba volt. Mindazonáltal a név praktikus - ez Berzelius adta az új elem, amit felfedezett 1828 egyik norvég Minerals (jelenleg ez az ásványi anyag úgynevezett TORIT). Ez az elem lehet egy nagy jövő, ahol szerepet játszhatnak az atomenergia, nem rosszabb, mint a fontosságát, hogy a fő nukleáris üzemanyag - urán.

Távoli rokonok bomba

A nukleáris energia, amely jelenleg pihen annyi reményt - egy oldalsó ága a katonai programok fő célja az volt létrehozása a nukleáris fegyverek (és egy kicsit később tengeralattjáró reaktorok). Ahogy az anyag a nukleáris bombák is három lehetősége van: urán-235, plutónium-239 vagy urán-233.

U235 szereplő természetes urán nagyon kis mennyiségben - csak 0,7% (a fennmaradó 99,3% az izotóp 238), és ki kell választani, mivel ez egy költséges és bonyolult folyamat. Plutónium-239 nem létezik a természetben, az derül ki, besugárzásával neutronok urán-238 a reaktorban, majd elkülönítve azt a besugárzott urán. Ugyanilyen módon állíthatunk elő urán-233 besugárzásával Th-232 neutronokkal.

Az első két módszer 1940-ben, már végre, de úgy döntött, hogy nem zavarja, hogy egy harmadik fizika. A tény az, hogy a besugárzás alatt a tórium-232 mellett a hatékonyság urán-233 is képződik káros szennyeződések - urán-232 felezési idővel 74 év, a bomlási lánc, amely ahhoz vezet, hogy a megjelenése tallium-208. Ez izotóp bocsát ki nagy energiájú (kemény) gamma-sugarak, elleni védelemre igénylő vastag ólomlemez. Ezen túlmenően, a kemény gamma-sugárzás letiltja a vezérlő elektronikus áramkörök, amelyek nélkül nem lehet csinálni az építési fegyvereket.

Az 1960-as a tervek, hogy lezárja a nukleáris üzemanyag ciklus urán és plutónium mintegy 50% atomerőmű termikus reaktorokban és a gyors 50%. De a fejlődés gyorsreaktorok okozott nehézséget, hogy a jelenleg csupán egy ilyen reaktor - BN-600-ban Beloyarsk atomerőmű (és épített egy másik - BN-800). Ezért a kiegyensúlyozott rendszer hozható létre, termikus reaktorok és tórium körülbelül 10% gyorsreaktorok, hogy majd ki a hiányzó üzemanyag hőmérsékletét.

A tórium ciklus

Mindazonáltal, mintegy Torii nem egészen elfelejteni. Vissza a 1940-es, Enrico Fermi javasolt hogy plutónium gyors tenyésztő reaktorok (ez hatékonyabb, mint a hő), amelyek létrehozásához vezettek reaktorok EBR-1 és EBR-2. Ezekben reaktorok az urán-235 vagy a plutónium-239 a neutronforrásként, átalakítja az urán-238 a plutónium-239. Ebben a plutónium képezhető több, mint a „égett” (1,3-1,4-szeres), azonban ezek a reaktorok az úgynevezett „tenyésztő”.

Tovább által vezetett kutatócsoport Eugene Wigner javasolt saját tervezetét-tenyésztőreaktor, de nem gyors és termikus neutronok, tórium-232 besugárzott anyag. reprodukciós sebességet csökkent, de a szerkezet sokkal biztonságosabb. Azonban volt egy kis gond. A tórium üzemanyag ciklus a következő. Neutronabszorbeáló, tórium-232, a tórium-233 megy, ami gyorsan átalakul protaktínium-233, és ez spontán lebomlik az urán-233 és a felezési ideje 27 nap. És ezen belül a hónapban protaktínium fog neutronelnyelõ, így nehéz feldolgozni fejlesztéseket. Hogy oldja meg ezt a problémát, jó lenne, hogy protaktínium a reaktorból, de hogyan kell csinálni? Miután a folyamatos be- és kirakodás az üzemanyag-hatékonyság üzemideje csökken közel nullára. Wigner nagyon ötletes megoldás javasolt - egy reaktorba folyékony tüzelőanyag formájában vizes oldatban urán sók. Homogén Reactor Experiment (HRE-1) - 1952-ben, a prototípus, a reaktor épült a Nemzeti Laboratórium Oak Ridge, vezetése alatt a hallgató Wigner, Alvin Weinberg. És hamarosan egy érdekes koncepció ideális dolgozó tórium: ez olvadt só reaktor olvadt só Reactor Experiment. Üzemanyag formájában urán-fluoridot oldunk olvadékát fluoridok lítium, berillium, és cirkónium. MSRE dolgozott 1965-1969, és bár nincs tórium használunk, maga a fogalom meglehetősen hatékony: a folyékony tüzelőanyagok növeli a hatékonyságot a használat, és lehetővé teszi, hogy megjelenítse a mag káros bomlástermékek.

Olvasztott só reaktor lehetővé teszi a sokkal nagyobb rugalmasságot kezelni üzemanyagciklus, mint a hagyományos hőerőművek, és az üzemanyag a legnagyobb hatékonysággal, így a káros bomlástermékek a reaktorból mag és a kiegészítéssel, az új üzemanyag szükséges

A legkisebb ellenállás útját

Azonban, olvasztott só reaktor (MSR) nem használják széles körben, mivel a hagyományos termikus reaktorok urán olcsóbbak voltak. A globális atomenergia-ipar megtette a legegyszerűbb és legolcsóbb módja alapján bizonyított nyomottvizes reaktor nyomás alatt (PWR), a leszármazottai, amelyeket úgy terveztek tengeralattjárók, valamint a forró vizet reaktorba. Grafitmoderátoros reaktorok, mint például az RBMK másik ága a családfa - jönnek a reaktor plutónium. „A fő üzemanyag ezek a reaktorok urán-235, de a tartalékok, bár igen jelentős, azonban korlátozott, - magyarázza a” Popular Mechanics „Head rendszer Stratégiai Tanulmányok Research Center” Kurchatov Intézet „Stanislav Subbotin. - Ez a kérdés kezdett tekinthető már az 1960-as, majd a tervek szerint megoldja ezt a problémát tartották bevezetést a nukleáris üzemanyag-ciklus szegényített urán-238, az állomány, amely majdnem 200-szor nagyobb. Ehhez azt tervezte, hogy építsenek egy csomó gyors reaktorok, amelyek plutónium a konverziós arány 1,3-1,4, hogy a felesleges lehet használni hőerőmű reaktorok. Gyors reaktor BN-600-ben indult meg a Beloyarsk atomerőmű - ha nem is a tenyésztő módban. Nemrég épült, és egy másik - BN-800. De építeni egy hatékony ökoszisztéma atomenergia ilyen reaktorok szüksége mintegy 50%. "

hatalmas tórium

Itt csak a színpadon, és megy a tórium. „A tórium gyakran nevezik alternatívájaként urán-235, de ez teljesen rossz - mondta Stanislav Subbotin. - Önmagában tórium urán-238, általában nem nukleáris fűtőanyag. Azonban, behelyezzük egy neutron területen a szokásos nyomás reaktor, akkor lehetséges a kiváló üzemanyag - urán-233, amelyet azután használni erre ugyanabban a reaktorban. Azaz, nincs változtatás, nem történt jelentős változás a meglévő infrastruktúra nem szükséges. További plusz tórium - előfordulása a természetben: a tartalékok legalább háromszor nagyobb, mint az urán. Ezen túlmenően, nincs szükség izotópjainak szétválasztására, mivel a konkurens termelési együtt a ritka földfémek található csak tórium-232. Ismét, amikor az urán és szennyezi a környező terep viszonylag hosszú életű (felezési ideje 3,8 nap), a radon-222 (köztük tórium radon-220 - rövid életű, 55 másodperc, és nincs idő, hogy elterjedt). Továbbá, a tórium kiváló termomechanikai tulajdonsága van: tűzálló, kevésbé hajlamos a repedésre, és így kisebb a radioaktív gázok, amikor megsérült üzemanyag pálca burkolat. Munkaidő urán-233 tórium termikus reaktorokban körülbelül háromszor hatékonyabb, mint a plutóniumot az urán-235, így a jelenléte legalább felét ezek a reaktorok a nukleáris ipar ökoszisztéma lehetővé teszi, hogy lezárja a ciklus urán és plutónium. Azonban a gyors reaktorok is szükség lesz, mivel az átváltási arányt tórium reaktorok nem haladja meg az egységet. "

Azonban, a tórium és van egy meglehetősen komoly hátrány. Neutron besugárzásával tórium urán-233 szennyezett urán-232, amely teszteket bomlási lánc vezető kemény gamma-emittáló izotóp tallium-208. „Ez egy nagyon nehéz feladat az újrafeldolgozás - magyarázza Stanislav Subbotin. - De másrészt, mert az elősegíti a kimutatását az anyag, ami csökkenti a lopás kockázatát. Ezen kívül zárt ciklusban és a nukleáris üzemanyag-feldolgozó amikor automatizált ez nem számít sokat. "

termonukleáris gyújtás

Kísérletek segítségével tórium fűtőelemek termikus reaktorokban végzik Magyarországon és más országokban - Norvégia, Kína, India, USA. „Most van itt az ideje, hogy visszatérjen az ötlet olvadt só reaktorok, - úgy véli, Stanislav Subbotin. - Kémia fluorid és a fluorid olvadékok jól tanulmányozott miatt a termelés alumínium. Tórium sóolvadékos reaktor sokkal hatékonyabb, mint a hagyományos, vízhűtéses, mivel lehetővé teszik, hogy készítsen a rugalmas rakodási és elvonási bomlástermékek a reaktormagból. Sőt, lehet, hogy észre hibrid megközelítést használva forrásként neutronok nem nukleáris üzemanyag, és a termonukleáris növények - legalább ugyanolyan tokamakon. Emellett só nyomás reaktorban megoldja a problémát kisebb aktinidák - hosszú élettartamú izotópjai Americium, Curium és Neptunium (vannak, amelyek a kiégett üzemanyag), „utóégető” őket a reaktorba scavenger. Annak érdekében, hogy az elkövetkező évtizedekben az atomenergia nélkül tórium nem tehetünk. "

Úgy néz ki, mint egy tórium nukleáris ciklus szemlélteti átalakítása tórium nukleáris üzemanyagot nagyon - U233.

Érvek és ellenérvek + Tóriumhulladék Földön többször is több, mint az urán + Nincs szükség külön izotópok + radioaktív szennyezés a kitermelés tórium jóval kisebb (rovására rövid életű radon) + használhatja a meglévő termikus reaktor + tórium-nak jobb termo tulajdonságokkal rendelkezik, mint az urán + tórium kevésbé toxikus, mint az urán + tórium használatakor kisebb aktinidák nem képződnek (a hosszú élettartamú radioaktív izotópok)

- A besugárzás alatt képződött tórium gamma-sugárzó izotópok, ami nehézségeket okoz, ha újrafeldolgozása

Három forrás az atomenergia

Radioaktív családfa összes radioaktív izotópok természetesen előforduló vadon, közülük is három család (radioaktív sorozat). Minden sorozat - egy lánc atommagok kapcsolódó soros radioaktív bomlás. Az őssejteket a radioaktív sorozat - hosszú élettartamú izotópokat urán-238 (felezési ideje: 4,47 Ga), az urán-235 (704 mA) és tórium-232 (14,1 milliárd év). Láncvégeket stabil izotópok ólom. Van egy másik számot, kezdve neptúnium-237, de a felezési ideje túl kicsi - csak 2.140.000 év, így természetesen nem találták meg.

Előállításához 1 GW évente szükséges: urán 250 tonna természetes urán (tartalmazó 1,75 tonna urán-235) szükséges, hogy készítsen 215 tonna szegényített urán (beleértve 0,6 tonna urán-235) bemegy lerakóhelyek 35 tonna dúsított urán ( beleértve 1,15 tonna urán-235) töltik a reaktorba kiégett üzemanyag tartalmaz 33,4 tonna urán-238, 0,3 tonna urán-235, a plutónium-0,3 t 239, t 1 bomlástermékei tórium Th 1 t-232 olvasztott só, amikor a reaktorba beadagoljuk a teljesen átalakul 1 t urán-233 1 m bomlástermékek, melyek 83% - a rövid életű izotópok (bomlás stabil mintegy tíz éve)