Торієві ядерні реактори

Нещодавно Китай офіційно оголосив про запуск програми з розвитку атомної енергетики на базі торієвих ядерних реакторів. Якщо програма буде успішною, КНР зможе використовувати атомні електростанції в якості основного постачальника енергії, витягуючи її з найбільш чистого і безпечного виду палива. Чим же так привабливі ці торієві реактори?

Фото: AP

Насувається енергетична криза не тільки посіяв паніку серед мас, а й стимулював дослідження в галузі енергетики. Поки одні вчені замислюються над спорудженням електростанцій, що працюють на альтернативних джерелах енергії, інші пропонують шляхи удосконалення традиційних способів видобутку енергії.

Хоча, якщо чесно, винайшли цей чудо-реактор зовсім не жителі Піднебесної. Його творцем є знаменитий італійський фізик Карло Руббіа, якого також називають "батьком" Великого адронного коллайдера. Саме він в 80-х роках минулого століття розробив метод, що дозволяє зареєструвати перш невловимі W-бозони і Z-бозони (докладніше про це читайте в статті " Вченим вдалося помацати частку бога "). За свої відкриття великий вчений був удостоєний Нобелівської премії з фізики в 1984 році.

Що ж принципово нового в реакторі Руббіа, який ще називають "ядерним помножувачем"? Перш за все те, що в якості сировини в ньому використовується не небезпечний уран, а інший елемент - торій. Відомо, що його запасів на планеті в три-п'ять разів більше, ніж таких урану. Більш того, практично весь видобутий торій може використовуватися в якості палива (для порівняння - тільки 0,7% урану, добутого з уранової руди, може стати ядерним паливом). Простіше кажучи, в енергетичному вираженні одна тонна видобутого торію еквівалентна 200 тоннам уранової руди або 3,5 мільйона тонн вугілля. Так що, як бачите, торій дешевший, і використовувати його більш економічно.

Фото: AP

Проте, відомо, що сам по собі торій не здатний обмінюватися тепловими нейтронами і, відповідно, виступати в якості пального для електростанції. Тому це швидше паливна сировина, яке захоплює ядерні частинки і нейтрони і потім перетворюється на аналог уранового палива, який може реагувати на процес розподілу і виробляти енергію. Точніше кажучи, класична схема роботи відбувається так: спочатку в торієвий реактор завантажують ізотоп 233U (який ділиться при взаємодії як з швидкими, так і з повільними нейтронами), отриманий в іншому реакторі. В результаті захоплення ядром ізотопу 232Th нейтрона, що утворюється при розподілі 233U, це ядро ​​після двох послідовних b-розпадів перетворюється в ядро ​​233U, тобто виходить вторинне ядерне паливо. Його, до речі, теж можна використовувати.

Читайте також: Радіоактивні відходи перетворять в халцедон

Для модифікації реактора, Карло Руббіа пропонував скористатися прискорювачем протонів з енергією пучка від 800 МеВ до 1 ГеВ для обстрілу паливного елемента з торію і застосовувати свинець в якості теплоносія. Високоенергетичні пучки частинок використовуються для стимуляції реакції, яка виробляє енергію, достатню для живлення прискорювача частинок і відправки в енергомережу. Цю схему називають субкритичного реактором з прискорювальної системою.

Але все-таки, як же в цій схемі виходить енергія, необхідна для вироблення електрики? Згідно з розрахунками Руббіа, потік протонів, що вирвався з прискорювача, буде розщеплювати ядра торію і ініціювати процес ділення. До речі, чудова особливість торію, така як відсутність самопідтримки поділу, робить дану АЕС абсолютно безпечною, оскільки, як ми бачили, реакція з виділенням тепла йде тільки завдяки бомбардуванню торія протонами. Отже, виключення протонного прискорювача призводить до миттєвої зупинки роботи реактора.

Також перевагами торієвих АЕС є тривалий цикл роботи паливного елемента, що знижує витоку матеріалу, висока безпека і відсутність необхідності збагачення палива. Крім того, розміщення реактора під землею має серйозні плюси в плані забезпечення безпеки, адже в такомувипадку будь-яка аварія не призведе до серйозних наслідків для навколишнього середовища.

Цікаво ще й те, що викид інертних газів з торієвого реактора всього в 0,006 разів більше, ніж зі звичайних реакторів. Крім того, він може бути використаний як "піч" для спалювання небезпечних актинидов (уран, плутоній, америцій, кюрій і т. Д.), Що дозволяє уникнути небезпечного і дорогий процес утилізації ядерних відходів. Так що, як бачите, шкоди від таких АЕС практично немає, а є лише одна користь.

Цікаво, чому ж подібні проекти не здійснювалися раніше? Насправді, розробка торієвого реактора почалася ще на початку минулого століття. Першими з торієм стали експериментувати вчені гітлерівської Німеччини. Після закінчення Другої світової війни ці розробки потрапили в руки союзників, які, однак, не скористалися ними відразу.

Фото: AP

Справа в тому, що в той час в світі з'явилася нова зброя - ядерна бомба, "сировиною" для якої є так званий збройовий плутоній, що виходить як кінцевий продукт реакції в звичайних, уранових реакторах. А ось в торієвому реакторі цей небезпечний елемент не утворюється. Не дивно, що в той час, коли світ перебував в стані холодної війни, торієві реактори були невигідні - як же тоді отримувати "цінний" плутоній для ядерної зброї?

Однак зараз про ториевой атомній енергетиці знову заговорили. В даний час активну розробку торієвих реакторів веде Індія, яка володіє 32 відсотками світових запасів торію (290 тисяч тонн) У цій країні, до речі, вже є торієва АЕС. Від лідера не відстають і Австралія (ця країна має найбільші запаси торію в світі - 300 тисяч тонн), і США, чиї запаси торію становлять 160 тисяч тонн. Також дуже активно ведеться розробка нових типів реакторів в Норвегії (в якій торію взагалі немає), причому вчені з цієї країни стверджують, що перша норвезька торієва АЕС почне свою роботу в 2017 році.

Однак, судячи з матеріалів, опублікованих в газеті "Вень Хуей Бао", Китай зможе перегнати ці країни і виграти "торієвого гонку". Відповідно до довгострокового плану розвитку ядерної енергетики країни, перші торієві АЕС можуть з'явитися там вже через три-чотири роки. Надалі там будуть побудовані десятки нових реакторів, і до 2020 року сумарна потужність АЕС Піднебесної досягне 40 ГВт, а до 2050 року вона може бути збільшена до 260 ГВт і вище. Це означає, що в найближчі 40 років в Китаї виробництво ядерної енергії буде збільшено в 20 разів у порівнянні з теперішнім часом. Таким чином, КНР зможе відмовитися від використання в енергетиці вугілля, одним з найбільших споживачів якого вона зараз є.

Крім того, на недавній щорічній конференції Китайської академії наук зазначалося, що оскільки світ все ще перебуває в стадії розробки нового покоління ядерних реакторів, досліджень торію і реакторів на розплавах солей, Китай може отримати всі права на інтелектуальну власність. Отже, інші держави потраплять в технологічну залежність від нього.

Тут, правда, є одна "формальність", однак, судячи з усього, китайці зможуть досить легко її обійти. Справа в тому, що у російських вчених є базовий міжнародний патент, що захищає права Росії на пріоритет в розробці технологій торієвих реакторів в 23 європейських країнах. Ця патентна заявка звучить так: "Спосіб управління торієвим реактором і тепловиділяючих збірок для його здійснення" (заявка №РСТ / RU01 / 00251 з пріоритетом від 26.06.01).

Читайте також: Вчених з Сибіру звуть в китайське "Сколково"

Ну, а раз подібний документ є, то всіх прав на інтелектуальну власність в цій області Китаю начебто отримати неможливо. Все це так, проте є одне "але". Воно полягає в тому, що цей базовий патент втрачає свою юридичну силу в 2013 році. Зауважте, саме в цей час Китай збирається запустити першу торієвого АЕС. Після чого, мабуть, вчені Піднебесної легко зможуть запатентувати це технічне диво, причому ніяких юридичних перешкод у них в цьому не буде.

На жаль, в нашій країні поки розробка торієвих реакторів практично не ведеться. Хоча, можливо, в найближчому майбутньому, якщо цей проект візьме під свою опіку "Сколково", справа може зрушитися з мертвої точки ...

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"