Войти
Образец тория Ядерная энергия на основе тория в основном питается деление ядра изотопа урана-233, полученного из воспроизводящего элемента тория. По мнению сторонников, ториевый топливный цикл предлагает несколько потенциальных преимуществ по сравнению с урановым топливным циклом, включая гораздо большее количество тория, обнаруженного на Земле, превосходное физическое и ядерное свойства топлива и сокращение образования ядерных отходов. Однако разработка ториевой энергетики требует значительных начальных затрат. Сторонники также ссылаются на низкий потенциал вепонизации как преимущество тория из-за того, насколько трудно использовать в качестве оружия конкретные изотопы урана-233 / 232 и плутоний-238, производимые ториевыми реакторами, в то время как критики говорят, что разработка реакторов-размножителей в целом (включая ториевые реакторы, которые являются размножающимися по своей природе) усиливает опасения по поводу распространения. По состоянию на 2020 год в мире нет действующих ториевых реакторов.
Ядерный реактор потребляет определенные делящиеся изотопы для производства энергии. В настоящее время наиболее распространенными типами топлива ядерных реакторов являются:
Некоторые считают, что торий является ключом к созданию нового поколения более чистой и безопасной ядерной энергетики. Согласно заключению группы ученых из Технологического института Джорджии, опубликованному в 2011 году, с учетом его общего потенциала, энергия на основе тория «может означать решение более 1000 лет или качественный низкоуглеродный мост для истинного устойчивые источники энергии, устраняющие значительную часть негативного воздействия человечества на окружающую среду ".
После изучения возможности использования тория ученые-ядерщики Ральф В. Мойр и Эдвард Теллер предположили, что ядерные исследования тория должны быть перезапущен после остановки на три десятилетия и что необходимо построить небольшой прототип завода.
Ранний ядерный реактор на основе тория (MSR ) в Национальной лаборатории Ок-Ридж в 1960-е годы После мировой войны II, ядерные реакторы на основе урана были построены для производства электроэнергии. Они были похожи на конструкции реакторов, из которых производился материал для ядерного оружия. В этот период правительство Соединенных Штатов также построило экспериментальный реактор на расплавленных солях, в котором использовалось топливо U-233, делящийся материал, созданный путем бомбардировки тория нейтронами. Реактор MSRE, построенный в Национальной лаборатории Ок-Ридж, работал в критическом состоянии примерно 15000 часов с 1965 по 1969 год. В 1968 году лауреат Нобелевской премии и первооткрыватель плутония, Гленн Сиборг публично объявил в Комиссии по атомной энергии, председателем которой он был, о том, что реактор на основе тория был успешно разработан и испытан.
Однако в 1973 году правительство США остановилось на урановой технологии и практически прекратило связанные с торием ядерные исследования. Причины заключались в том, что реакторы, работающие на урановом топливе, были более эффективными, исследования были доказаны, а коэффициент воспроизводства тория считался недостаточным для производства топлива, достаточного для поддержки развития коммерческой ядерной промышленности. Как позже писали Мойр и Теллер: «Конкуренция сводилась к реактору-размножителю на жидких металлах на быстрых нейтронах (LMFBR) в уран-плутониевом цикле и тепловому реактору в цикле тория-233U, реактору-размножителю на расплавленной соли. LMFBR имел большую мощность. скорость разведения... и выиграл конкурс ». По их мнению, решение прекратить разработку ториевых реакторов, хотя бы в качестве резервного варианта, «было простительной ошибкой».
Научный писатель Ричард Мартин утверждает, что физик-ядерщик Элвин Вайнберг, который был директором в Ок-Ридже и в первую очередь отвечал за новый реактор, потерял должность директора, поскольку он выступал за разработку более безопасных ториевых реакторов. Сам Вайнберг вспоминает этот период:
[Конгрессмен] Чет Холифилд был явно рассержен мной, и в конце концов выпалил: «Элвин, если тебя беспокоит безопасность реакторов, то я думаю, это может пора вам оставить ядерную энергетику ». Я онемел. Но мне было очевидно, что мой стиль, мое отношение и мое восприятие будущего больше не соответствовали полномочиям внутри AEC.
Мартин объясняет, что нежелание Вайнберга пожертвовать потенциально безопасной ядерной энергией в пользу военных использование вынудило его уйти в отставку:
Вайнберг понял, что можно использовать торий в совершенно новом типе реактора, в котором будет нулевой риск расплавления.... его команда построила работающий реактор... и он провел остаток своего 18-летнего пребывания в должности, пытаясь сделать торий сердцем ядерной энергетики страны. Он потерпел неудачу. Урановые реакторы уже были созданы, и Хайман Риковер, де-факто глава ядерной программы США, хотел, чтобы плутоний с урановых атомных станций использовался для изготовления бомб. В 1973 году Вайнберга все больше оттесняли.
Несмотря на задокументированную историю ториевой ядерной энергетики, многие из сегодняшних ядерных экспертов, тем не менее, не знали об этом. Согласно Chemical Engineering News, «большинство людей, включая ученых, почти не слышали об элементе хэви-метал и мало о нем знают...», отмечая комментарий участника конференции, что «это возможно иметь докторскую степень в области технологии ядерных реакторов и не знать о ториевой энергии ». Ядерный физик Виктор Дж. Стенджер, например, впервые узнал об этом в 2012 году:
Для меня стало неожиданностью недавно узнать, что такая альтернатива была доступна нам со времен Второй мировой войны, но не преследовался, потому что не было применений в оружии.
Другие, включая бывшего ученого НАСА и эксперта по торию Кирка Соренсена, согласны с тем, что «торий был альтернативным путем, на который не пошли...» По словам Соренсена, во время в документальном интервью он заявляет, что, если бы США не прекратили свои исследования в 1974 году, они «вероятно, достигли бы энергетической независимости примерно к 2000 году».
Всемирная ядерная ассоциация объясняет некоторые из возможных преимуществ.
Ториевый топливный цикл предлагает огромные преимущества в области энергобезопасности в долгосрочной перспективе - из-за его потенциала в качестве самоподдерживающегося топлива без необходимости в реакторах на быстрых нейтронах. Следовательно, это важная и потенциально жизнеспособная технология, которая, по-видимому, способна внести свой вклад в создание надежных долгосрочных сценариев использования ядерной энергии.
Мойр и Теллер соглашаются, отмечая, что возможные преимущества тория включают «использование избыточного топлива, недоступность это топливо для террористов или для использования в качестве оружия, вместе с хорошими экономическими показателями и функциями безопасности... «Торий считается« самым распространенным, наиболее доступным, чистым и безопасным источником энергии на Земле », - добавляет писатель Ричард Мартин.
Подводя итоги некоторым из них. Возможные преимущества, Мартин предлагает свое общее мнение: «Торий может обеспечить чистый и эффективно безграничный источник энергии, снимая при этом все беспокойства общественности - распространение оружия, радиоактивное загрязнение, токсичные отходы и топливо, которое является дорогостоящим и сложным в переработке. Мойр и В 2004 году Теллер подсчитал, что стоимость их рекомендованного прототипа будет «намного меньше 1 миллиарда долларов с эксплуатационными расходами, вероятно, порядка 100 миллионов долларов в год», и в результате «крупномасштабный план ядерной энергетики», пригодный для использования многими странами, может будут созданы в течение десяти лет.
В отчете Bellona Foundation в 2013 году сделан вывод о том, что экономические показатели весьма спекулятивны. Ториевые ядерные реакторы вряд ли будут производить более дешевую энергию, но мана Производство отработавшего топлива, вероятно, будет дешевле, чем для урановых ядерных реакторов.
Некоторые эксперты отмечают возможные специфические недостатки ториевой ядерной энергетики:
Исследования и разработки на основе тория ядерные реакторы, в первую очередь реактор с жидким фторидом тория (LFTR), конструкция MSR, были или в настоящее время создаются в США, United States Королевство, Германия, Бразилия, Индия, Китай, Франция, Чехия Республика, Япония, Россия, Канада, Израиль, Дания и Нидерланды. Состоялись конференции с участием экспертов из 32 стран, в том числе конференция Европейской организации ядерных исследований (CERN ) в 2013 году, на которой торий рассматривается как альтернативная ядерная технология, не требующая производство ядерных отходов. Признанные эксперты, такие как Ханс Бликс, бывший глава Международного агентства по атомной энергии, призывает к расширению поддержки новых технологий ядерной энергетики и заявляет, что «ториевый вариант предлагает миру не только новый устойчивый источник топлива для ядерной энергетики, но также и тот, который более эффективно использует энергетическое содержание топлива ».
Реакторы CANDU могут использовать торий, а Thorium Power Canada имеет в 2013 г. планировал и предлагал развивать проекты ториевой энергетики для Чили и Индонезии. Предлагаемый демонстрационный реактор мощностью 10 МВт в Чили может быть использован для питания опреснительной установки мощностью 20 миллионов литров в день. В 2018 году корпорация New Brunswick Energy Solutions Corporation объявила об участии Moltex Energy в кластере ядерных исследований, который будет заниматься исследованиями и разработками в области технологий малых модульных реакторов.
В ежегодном мероприятии 2011 года На конференции Китайской академии наук было объявлено, что «Китай инициировал проект исследований и разработок в области ториевой MSR технологии». Кроме того, доктор Цзян Мяньхэн, сын бывшего лидера Китая Цзян Цзэминь, возглавил делегацию тория на переговорах о неразглашении в Национальной лаборатории Ок-Ридж, Теннесси., а к концу 2013 года Китай официально стал партнером Ок-Ридж, чтобы помочь Китаю в его собственном развитии. Всемирная ядерная ассоциация отмечает, что Китайская академия наук в январе 2011 года объявила о своей программе НИОКР, «заявив, что она прилагает самые большие национальные усилия в мире, надеясь получить полную интеллектуальная собственность права на технологию ". По словам Мартина, «Китай ясно дал понять свое намерение действовать в одиночку», добавив, что Китай уже имеет монополию на большинство мировых редкоземельных минералов.
в марте 2014 года, полагаясь на энергию, работающую на угле. став одной из основных причин своего нынешнего «смогового кризиса», они сократили первоначальную цель создания работающего реактора с 25 лет до 10 лет. «В прошлом правительство интересовалось ядерной энергетикой из-за нехватки энергии. Теперь они их больше интересует смог », - сказал профессор Ли Чжун, ученый, работающий над проектом. «Это определенно гонка», - добавил он.
В начале 2012 года сообщалось, что Китай, используя компоненты, произведенные на Западе и в России, планировал построить два прототипа ториевых MSR 2015 г., а бюджет проекта составлял 400 миллионов долларов и требовал 400 рабочих ". Китай также заключил соглашение с канадской ядерной технологической компанией о разработке усовершенствованных реакторов CANDU, использующих торий и уран в качестве топлива.
В настоящее время в пустыне Гоби строятся два реактора, завершение которых ожидается в 2020 году. Китай планирует ввести ториевые реакторы в коммерческое использование к 2030 году.
Немецкий THTR-300 был прототипом промышленной электростанции, использующей торий в качестве воспроизводящего топлива и высокообогащенный U-235 в качестве делящегося топлива. Несмотря на название высокотемпературный ториевый реактор, в основном расщеплялся U-235. THTR-300 был с гелиевым охлаждением. высокотемпературный реактор с активной зоной реактора с шаровидным слоем, состоящей примерно из 670 000 сферического топлива c Уплотняет каждые 6 сантиметров (2,4 дюйма) в диаметре частицами топлива из урана-235 и тория-232, заключенными в графитовую матрицу. В конце 1980-х он подавал электроэнергию в сеть Германии в течение 432 дней, прежде чем был отключен по финансовым, механическим и другим причинам.
Индия имеет самые большие запасы тория в мире при сравнительно небольших количествах урана. Индия планирует удовлетворить 30% своих потребностей в электроэнергии за счет тория к 2050 году.
В феврале 2014 года Центр атомных исследований Бхабхи (BARC) в Мумбаи, Индия, представил свой последний проект «ядерного реактора следующего поколения», который сжигает торий в качестве горючей руды, назвав его усовершенствованным тяжеловодным реактором (AHWR ). По их оценкам, реактор может проработать без оператора 120 дней. К концу 2017 года проводилась валидация физических свойств активной зоны реактора.
По словам доктора Р.К. Синхи, председателя их Комиссии по атомной энергии, «это снизит нашу зависимость от ископаемого топлива, в основном импортируемого, и станет важным вкладом глобальным усилиям по борьбе с изменением климата ». Из-за присущей им безопасности они ожидают, что аналогичные конструкции могут быть установлены «в» густонаселенных городах, таких как Мумбаи или Дели.
Правительство Индии также разрабатывает до 62 реакторов, в основном ториевых, которые, по его ожиданиям, будут к 2025 году. Индия - «единственная страна в мире, имеющая подробный, финансируемый и одобренный правительством план» по развитию ядерной энергетики на основе тория. В настоящее время страна получает менее 2% электроэнергии от ядерной энергетики, а остальная часть поступает из угля (60%), гидроэлектроэнергии (16%), других возобновляемых источников (12%) и природного газа (9%). Ожидается, что около 25% электроэнергии будет производиться за счет ядерной энергетики. В 2009 году председатель Индийской комиссии по атомной энергии заявил, что у Индии есть «долгосрочная цель - стать энергетически независимой на основе своих огромных ресурсов тория, чтобы удовлетворить экономические амбиции Индии».
В конце июня 2012 года, Индия объявила, что их «первый коммерческий реактор на быстрых нейтронах» близится к завершению, что сделало Индию самой передовой страной в исследованиях тория. «У нас огромные запасы тория. Задача состоит в том, чтобы разработать технологию для преобразования его в делящийся материал», - заявил их бывший председатель Комиссии по атомной энергии Индии. Это видение использования тория вместо урана было изложено в 1950-х годах физиком Хоми Бхабха. Первый промышленный реактор на быстрых нейтронах в Индии - прототип быстрого реактора-размножителя мощностью 500 МВт (PFBR) - приближается к завершению в Центре атомных исследований им. Индиры Ганди, Калпаккам, Тамил Наду.
По состоянию на июль 2013 года основное оборудование PFBR было смонтировано, и в периферийных местах продолжалась загрузка «фиктивного» топлива. Ожидалось, что реактор выйдет из строя к сентябрю 2014 года. Центр наложил санкции на рупий. 5677 крор на строительство PFBR, и «мы обязательно построим реактор в пределах этой суммы», - заявил г-н Кумар. Первоначальная стоимость проекта составляла рупий. 3,492 крор, пересмотрено в рупий. 5677 крор. Электроэнергия, произведенная из PFBR, будет продаваться Государственным советам по электричеству по рупий. 4.44 ед. BHAVINI строит реакторы-размножители в Индии.
В 2013 г. в Индии планировалось построить AHWR (реактор с тяжелой водой под давлением) мощностью 300 МВт (эл.), Которое не разглашается. Проект предусматривает запуск с плутонием реакторного качества, который воспроизводит U-233 из Th-232. После этого единственным топливом будет торий. По состоянию на 2017 год проект находился на заключительной стадии валидации.
С тех пор из-за задержек ввод в эксплуатацию [критичность?] PFBR был отложен до сентября 2016 года, но приверженность Индии долгосрочному производству ядерной энергии подчеркивается утверждение в 2015 году десяти новых площадок для реакторов неопределенного типа, хотя закупка первичного делящегося материала - предпочтительно плутония - может быть проблематичной из-за низких запасов урана и производственных мощностей Индии.
P3Tek, агентство Министерства энергетики и минеральных ресурсов Индонезии, провело проверку реактора на расплавленной соли тория под названием TMSR-500. В исследовании сообщается, что строительство ThorCon TMSR-500 будет соответствовать нормативам Индонезии в отношении безопасности и производительности ядерной энергетики. https://www.nextbigfuture.com/2019/09/p3tek-recommends-thorcon-molten-salt-nuclear-reactor-for-indonesia.html
В мае 2010 г. исследователи из Университета Бен-Гуриона в Негеве в Израиле и Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке начали сотрудничать в разработке ториевых реакторов, направленных на то, чтобы они были самоподдерживающимися », что означает один который будет производить и потреблять примерно такое же количество топлива, "что невозможно с ураном в легководном реакторе.
В июне 2012 года японское коммунальное предприятие Chubu Electric Power написали, что они рассматривают торий как «один из возможных энергетических ресурсов в будущем».
В конце 2012 года норвежская частная компания Thor Energy в сотрудничестве с правительством и Westinghouse объявила о четырехлетних испытаниях с использованием тория в существующем ядерном реакторе ". В 2013 году Aker Solutions приобрела патенты у физика, лауреата Нобелевской премии Карло Руббиа на конструкцию реактора. ториевая атомная электростанция на базе протонного ускорителя.
В Великобритании одной организацией, продвигающей или изучающей исследования ядерных установок на основе тория, является Фонд Элвина Вайнберга. Член Палаты лордов Бриони Уортингтон продвигает торий, называя его «забытым топливом», которое может изменить энергетические планы Великобритании. Однако в 2010 году Национальная ядерная лаборатория (NNL) Великобритании пришла к выводу, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе «... ториевый топливный цикл в настоящее время не играет никакой роли», поскольку он «технически незрелая и потребует значительных финансовых вложений и рисков без явных выгод», и пришел к выводу, что выгода «завышена». Друзья Земли Великобритания считает исследования в этой области «полезными» в качестве запасной вариант.
В своем отчете за январь 2012 г. Министру энергетики США Комиссия Голубой ленты по будущему Америки отмечает, что «расплавленная соль [был] также предложен реактор с использованием тория ». В том же месяце сообщалось, что Министерство энергетики США «незаметно сотрудничает с Китаем» в проектах ядерной энергетики на основе тория с использованием MSR.
Некоторые эксперты и политики хотят, чтобы торий был » столп ядерного будущего США ". Сенаторы Гарри Рид и Оррин Хэтч поддержали использование федеральных исследовательских фондов в размере 250 миллионов долларов для возрождения исследований ORNL. В 2009 году конгрессмен Джо Сестак безуспешно пытался обеспечить финансирование исследований и разработки реактора размером эсминца [реактор размером с эсминец], использующий жидкое топливо на основе тория.
Элвин Радковски, главный конструктор второй в мире полномасштабной атомной электростанции в Шиппорте, штат Пенсильвания, в 1997 году основал совместный проект США и России по созданию реактора на основе тория. считается «творческим прорывом». В 1992 году, будучи постоянным профессором в Тель-Авиве, Израиль, он основал американскую компанию Thorium Power Ltd., недалеко от Вашингтона, округ Колумбия, для строительства ториевых реакторов.
Основное топливо для Предлагаемый исследовательский проект HTR около Одессы, Техас, США, будет посвящен ториевым шарикам с керамическим покрытием. Строительство реактора еще не началось. Первоначально предполагалось, что строительство реактора будет завершено в течение десяти лет в 2006 г. (предполагаемая дата ввода в эксплуатацию - 2015 г.).
Об исследовательском потенциале ториевой ядерной энергетики, Ричард Л. Гарвин, обладатель Президентской медали свободы и Жорж Чарпак советуют продолжить изучение усилителя энергии в своей книге Мегаватты и мегатонны ( 2001), стр. 153–163.
| Страна | Тонны | % |
|---|---|---|
| Австралия | 489,000 | 18,7% |
| US | 400,000 | 15,3% |
| Турция | 344,000 | 13,2% |
| Индия | 319,000 | 12,2% |
| Бразилия | 302,000 | 11,6% |
| Венесуэла | 300,000 | 11,5% |
| Норвегия | 132,000 | 5,1% |
| Египет | 100,000 | 3,8% |
| Россия | 75,000 | 2,9% |
| Гренландия (Дания) | 54000 | 2,1% |
| Канада | 44000 | 1,7% |
| Южная Африка | 18000 | 0,7% |
| Другие страны | 33,000 | 1,2% |
| Всего в мире | 2,610,000 | 100,0% |
Торий в основном содержится в редкоземельном фосфатном минерале, монаците, который содержит до 12% фосфата тория, но в среднем 6–7%. Мировые ресурсы монацита оцениваются примерно в 12 миллионов тонн, две трети из которых находятся в месторождениях тяжелых минеральных песков на южном и восточном побережьях Индии. Имеются значительные месторождения в ряде других стран (см. Таблицу «Мировые запасы тория»). Монацит является хорошим источником РЗЭ (редкоземельных элементов), но производство монацитов в настоящее время неэкономично, поскольку радиоактивный торий, образующийся в качестве побочного продукта, придется хранить бесконечно. Однако, если бы ториевые электростанции были приняты в большом масштабе, практически все потребности в тории в мире можно было бы удовлетворить просто за счет переработки монацитов для получения их более ценных РЗЭ.
Еще одна оценка разумно гарантированных запасов (RAR) и оценочные дополнительные запасы (EAR) тория получены из OECD / NEA, Nuclear Energy, Trends in Nuclear Fuel Cycle, Paris, France (2001). (см. таблицу «Оценки МАГАТЭ в тоннах»)
| Страна | RAR Th | EAR Th |
|---|---|---|
| Индия | 519,000 | 21% |
| Австралия | 489,000 | 19% |
| US | 400,000 | 13% |
| Турция | 344,000 | 11% |
| Венесуэла | 302,000 | 10% |
| Бразилия | 302,000 | 10% |
| Норвегия | 132,000 | 4% |
| Египет | 100,000 | 3% |
| Россия | 75,000 | 2% |
| Гренландия | 54,000 | 2% |
| Канада | 44,000 | 2 % |
| Южная Африка | 18000 | 1% |
| Другие страны | 33000 | 2% |
| Всего в мире | 2,810,000 | 100% |
Предыдущие цифры являются запасами и, как таковые, относятся к количеству тория в месторождениях с высокой концентрацией, инвентаризованных на данный момент и оцениваемых как извлекаемые по текущим рыночным ценам; В земной коре размером 3 × 10 тонн содержится в миллионы раз больше, около 120 триллионов тонн тория и меньшие, но огромные количества тория существуют в промежуточных концентрациях. Доказанные запасы являются хорошим индикатором общих будущих запасов полезных ископаемых.
Согласно Всемирной ядерной ассоциации, существует семь типов реакторов, которые могут быть разработаны для использования тория в качестве ядерного топлива. Шесть из них в какой-то момент были введены в эксплуатацию. Седьмой по-прежнему концептуален, хотя в настоящее время разрабатывается многими странами:
