În 1815, celebrul chimist suedez Jens Jakob Berzelius a anunțat descoperirea unui nou element, pe care a numit în onoarea toriu Thor, zeul tunetului și fiul zeului nordic Odin suprem. Cu toate acestea, în 1825 sa descoperit că descoperirea a fost o greșeală. Cu toate acestea, numele la îndemână - l Berzelius a dat noul element, pe care a descoperit în 1828 într-una din minerale norvegiene (acum acest mineral numit Torit). Acest element poate avea un mare viitor, în cazul în care el poate juca rolul energiei nucleare, nu este inferior importanței combustibilului nuclear principal - uraniu.
rude îndepărtate bombă
Energia nucleară, care se sprijină în prezent atât de mult speranță - este o ramură laterală a programelor militare, ale cărei obiective principale a fost crearea de arme nucleare (și un pic mai târziu pentru reactoare submarine). Ca material pentru bombe nucleare ar putea alege din trei opțiuni: uraniu-235, plutoniu-239 sau uraniu-233.
U235 conținut în uraniu natural în cantități foarte mici - doar 0,7% (valoare 99,3% restul de izotopul 238), și este necesar să se selecteze, deoarece este un proces costisitor și complicat. Plutoniu-239 nu există în natură, ar trebui să se dovedesc, prin iradierea neutroni uraniu-238 în reactor, și apoi separarea ei de uraniu iradiat. În același mod se pot prepara uraniu-233 prin iradierea Th-232 cu neutroni.
Primele două metode, în 1940, au fost puse în aplicare, dar a decis să nu deranjez cu o treime fizica. Faptul este că, în timpul iradierii de toriu-232, în plus față de eficiența uraniu-233 este format, de asemenea, impurități dăunătoare - uraniu-232, cu un timp de înjumătățire de 74 de ani, lanțul de dezintegrare care duce la apariția de taliu-208. Acest izotop emite energie înaltă (hard) raze gamma, pentru protecție împotriva necesită o placă de plumb groasă. În plus, radiațiile gamma greu dezactivează circuitele electronice de comandă, fără de care este imposibil să se facă în construcția de arme.
In 1960 a fost planificat pentru a închide ciclul combustibilului nuclear pentru uraniu și plutoniu, cu circa 50% CNE în reactoare termice și rapid de 50%. Dar dezvoltarea reactoarelor rapide a provocat dificultăți, astfel că în prezent funcționează doar într-un astfel de reactor - BN-600 la Beloyarsk CNE (și a construit o alta - BN-800). Prin urmare, un sistem echilibrat nu poate fi creat din reactoare termice și toriu aproximativ 10% din reactoare rapide, care vor constitui combustibilul lipsa de căldură.
ciclul de toriu
Cu toate acestea, despre Torii nu destul de uitat. Înapoi în 1940, Enrico Fermi a sugerat să producă plutoniu în reactoare amelioratorului rapid (acest lucru este mai eficient decât energia termică), ceea ce a condus la crearea reactoarelor EBR-1 și EBR 2. În aceste reactoare, uraniu-235 sau plutoniu-239 sunt sursa de neutroni, transformând-uraniu 238 în plutoniu-239. In acest plutoniu poate fi format mai mult decât „ars“ (1,3-1,4 ori), cu toate acestea, aceste reactoare sunt numite „ameliorator“.
O alta echipa de cercetare condusa de Eugene Wigner a propus propriul proiect de reactor-ameliorator, dar nu și neutroni rapizi și termice, toriu-232 ca un material iradiat. Rata de reproducere a scăzut, dar structura a fost mai sigură. Cu toate acestea, a existat o problemă. ciclul de combustibil toriu este după cum urmează. Neutron de absorbție, toriu-232, toriu-se duce la 233, care este transformat rapid în protactiniu-233, și a dezintegrează spontan de uraniu-233, cu un timp de înjumătățire de 27 de zile. Și în această lună protactiniu va absorbi neutroni, ceea ce face dificil de a procesa evoluțiile. Pentru a rezolva această problemă, ar fi bine să aducă protactiniu din reactor, dar cum se face? După încărcarea și descărcarea eficienței combustibilului continuu reduce timpul de funcționare aproape de zero. Wigner soluție foarte ingenioasă propusă - un reactor cu combustibil lichid, sub forma unei soluții apoase de săruri de uraniu. Experiment Reactor Omogene (HRE-1) - In 1952, un prototip al acestui reactor a fost construit la Laboratorul Național din Oak Ridge, sub conducerea studentului Wigner, Alvin Weinberg. Și în curând a existat un concept mai interesant este ideal pentru lucrul cu toriu: este reactor de sare topită, Molten-sare Reactor Experiment. Combustibil sub formă de fluorură de uraniu a fost dizolvat într-o topitură de fluoruri de litiu, beriliu și zirconiu. MSRE a lucrat 1965-1969, și, deși nu a fost utilizat nici toriu, conceptul în sine a fost destul de eficient: utilizarea combustibililor lichizi crește eficiența utilizării și vă permite să afișați din produsele de descompunere nocive de bază.
reactor sare Molten permite mult mai mare flexibilitate pentru a gestiona ciclul de combustibil decât centralele termice convenționale și combustibil cu cea mai mare eficiență, aducerea de produse de descompunere nocive din miezul reactorului și adăugarea noului combustibil după cum este necesar
Calea minimei rezistențe
Cu toate acestea, reactor cu săruri topite (MSR), care nu sunt utilizate pe scară largă, deoarece reactoarele termice convenționale de uraniu erau mai ieftine. Industria energiei nucleare la nivel mondial a luat modul cel mai simplu și ieftin, bazat pe reactor cu apă sub presiune dovedit sub presiune (PWR), descendenții celor care au fost concepute pentru submarine, precum și a reactorului cu apă clocotită. Grafit moderat de reactoare, cum ar fi o altă ramură sunt tip RBMK a arborelui genealogic - provin din reactor pentru a produce plutoniu. „Principalul combustibil pentru aceste reactoare este uraniu-235, dar rezervele sale, deși destul de semnificative, cu toate acestea limitate, - explică“ Mecanica populare „Sistemul central pentru Studii Strategice Centrul de Cercetare“ Institutul Kurchatov „Stanislav Subbotin. - Această întrebare a început să fie luate în considerare încă din anii 1960, și apoi planificate pentru a rezolva această problemă a fost considerată o introducere a ciclului combustibilului nuclear uraniu sărăcit-238, dintre care stocul este de aproape 200 de ori mai mult. Pentru a face acest lucru, planificat pentru a construi o mulțime de reactoare rapide, care ar produce plutoniu, cu un raport de conversie de 1,3-1,4 la excesul poate fi utilizat pentru reactoarele de putere termică. reactor Fast BN-600 a fost lansat la Beloyarsk CNE - deși nu în mod crescător. Recent, a fost construit și un alt - BN-800. Dar, pentru a construi un ecosistem eficient a unor astfel de reactoare nucleare de energie au nevoie de aproximativ 50%. "
toriu puternic
Aici este doar pe scenă și merge toriu. „Toriu este adesea menționată ca o alternativă la uraniu-235, dar acest lucru este total greșit, - a spus Stanislav Subbotin. - Prin ea însăși, toriu ca uraniu-238, în general, nu este de combustibil nuclear. Cu toate acestea, plasându-l într-un câmp de neutroni în reactor convențional cu apă sub presiune, este posibil să se obțină combustibil excelent - uraniu-233, care este apoi utilizat pentru același reactor. Asta este, fără modificări, schimbări majore în infrastructura existentă nu este necesară. Un alt toriu plus - prevalență în natură: rezervele sale de cel puțin trei ori mai mare decât uraniul. În plus, nu este nevoie de separarea izotopilor, deoarece producția concomitentă împreună cu elemente de pământuri rare găsite doar toriu-232. Din nou, atunci când uraniul contaminează terenul înconjurător relativ lungă durată (timp de înjumătățire de 3,8 zile), radon-222 (printre toriu radon-220 - de scurtă durată, 55 de secunde, și nu are timp să se răspândească). De asemenea, toriul are proprietăți termomecanice excelente: este refractar, mai puțin predispuse la fisurare și produce mai puține gaze radioactive când deteriorate tija de combustibil placare. Orele de lucru de uraniu-233 de la toriului în reactoare termice este de aproximativ trei ori mai eficient decât plutoniu din uraniu-235, astfel încât prezența a cel puțin jumătate dintre aceste reactoare în ecosistemul industria energiei nucleare va permite să închidă ciclul de uraniu și plutoniu. Cu toate acestea, va fi în continuare nevoie de reactoare rapide, deoarece raportul de conversie de la reactoarele cu toriu nu depășesc unitatea ".
Cu toate acestea, toriu și are un dezavantaj destul de gravă. Prin iradiere cu neutroni toriu uraniu-233 este contaminat cu uraniu-232, care testează lanț degradare ce duce la greu izotop emitatoare-gamma de taliu-208. „Acesta este un loc de muncă foarte dificilă de reprocesare - explică Stanislav Subbotin. - Dar, pe de altă parte, facilitează detectarea materialului, reducând riscul de furt. În plus, într-un ciclu închis și de prelucrare a combustibilului nuclear, atunci când automatizate nu conteaza prea mult ".
aprindere termonucleare
Experimentele privind utilizarea elementelor de combustibil pe bază de toriu în reactoare termice se desfășoară în România și în alte țări - Norvegia, China, India, Statele Unite ale Americii. „Acum este momentul pentru a reveni la ideea de reactoare topit sare, - consideră că Stanislav Subbotin. - Chimia fluorura si fluorura de topiturilor bine studiat datorită producției de aluminiu. Pentru reactor cu săruri topite toriu sunt mult mai eficiente decât convenționale răcite cu apă, deoarece acestea permit producerea de încărcare și descompunere retragere produse flexibile din miezul reactorului. Mai mult, ele pot fi folosite pentru a realiza abordări hibride, folosind ca sursă de neutroni nu de combustibil nuclear și plante termonucleare - cel puțin aceeași Tokamak. In afara de presiune sare reactor rezolvă problema cu actinide minore - izotopii lungi trăiau de Americium, Curiul și Neptunium (care sunt formate în combustibil iradiat), „postcombustie“ le în absorbantul de reactor. Așa că, în viitoarele decenii în energia nucleară fără toriu nu putem face. "
Se pare ca un ciclu nuclear toriu care ilustrează conversia combustibilului nuclear toriu extrem - U233.
Argumente pro și contra + toriu pe Pământ de mai multe ori mai mult decât uraniul + Nu este nevoie să se separe izotopii + contaminare radioactivă în extracția toriului este mult mai mică (în detrimentul radonului de scurtă durată) + Puteți utiliza reactoarele termice existente + toriu are proprietăți termomecanice mai bune decât uraniu + toriu mai puțin toxic decât uraniul + toriu Atunci când se utilizează actinide minore nu sunt formate (izotopi radioactivi durată lungă de viață)
- timpul de iradiere a format izotopi care emit pe bază de toriu-gamma, ceea ce creează dificultăți atunci când reprocesarea
Trei surse de energie nucleară
genealogiilor radioactive Toți izotopii radioactivi care apar in mod natural in salbaticie, aparțin unuia dintre cele trei familii (seria radioactivă). Fiecare serie - este un lant de nuclee asociate dezintegrarii radioactive în serie. Progenitori seria radioactivă - izotopii de uraniu lung trait-238 (timp de înjumătățire 4,47 Ga), uraniu-235 (704 Ma), și toriu-232 (14,1 miliarde de ani). Lanțul se termină cu izotopi stabili de plumb. Există un alt număr, începând cu neptuniu-237, dar timpul de înjumătățire este prea mic - doar 2140000 ani vechi, asa ca in mod natural el nu a fost găsit.
Pentru a produce 1 GW per este necesar an pentru: uraniu 250 de tone de uraniu natural (conținând 1,75 tone de uraniu-235) este necesar pentru a produce 215 de tone de uraniu sărăcit (inclusiv 0,6 tone de uraniu-235) intră în gropile de 35 de tone de uraniu îmbogățit ( inclusiv 1,15 tone de uraniu-235) sunt încărcate într-un reactor de combustibil uzat conține 33,4 tone de uraniu-238, 0,3 tone de uraniu-235, plutoniu-0,3 t 239, t produse 1 dezintegrarea toriului Th 1 t-232 sare topită atunci când sunt încărcate în reactor este complet transformată în 1 t de uraniu 233-1 m produși de descompunere, din care 83% - izotopii de scurtă durată (descompunere la stabil timp de aproximativ zece ani)