Торий — будущее ядерной энергетики?
В Китае впервые в мире запущен ядерный реактор на ториевом топливе. Эта технология обещает быть более безопасной, экономичной и экологичной, чем традиционная урановая. Но насколько реальны эти преимущества и какие проблемы могут возникнуть на пути к ториевой революции в энергетике?
Торий — химический элемент с атомным номером 90, который относится к группе актинидов в таблице Менделеева. Он был открыт в 1828 году шведским химиком Яном Берцелиусом, который назвал его в честь скандинавского бога грома Тора. Торий имеет серебристо-белый цвет и металлический блеск, но на воздухе быстро тускнеет и окисляется. Торий является радиоактивным элементом, но его радиоактивность очень слабая — период полураспада самого распространенного изотопа тория-232 составляет около 14 миллиардов лет, что примерно равно возрасту вселенной.
Торий широко распространен в земной коре — его содержание составляет около 10 граммов на тонну породы, что в четыре раза больше, чем урана. По оценкам Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), мировые запасы тория достигают 4–5 миллионов тонн, что достаточно для обеспечения всей планеты электричеством на несколько тысячелетий. Основные производители тория в мире — Китай, Индия, Австралия, Бразилия и США.
Торий используется в различных областях науки и техники. Например, он добавляется к стеклу для повышения его прозрачности и прочности, к магнию для улучшения его свойств как легкого сплава, к газоразрядным лампам для увеличения яркости свечения. Торий также применяется в медицине для диагностики и лечения рака, в астрономии для калибровки спектрографов, в геологии для определения возраста пород.
Но самое перспективное применение тория — ядерная энергетика. Торий может служить альтернативным источником ядерного топлива для реакторов четвертого поколения, которые работают по так называемому ториевому циклу. Этот цикл заключается в следующем: природный торий содержит только один изотоп — Th-232, который сам по себе не расщепляется под действием нейтронов. Однако если его облучить нейтронами из другого расщепляющегося материала, например, урана-235 или плутония-239, то он превращается в изотоп урана U-233, который уже является расщепляющимся и может поддерживать цепную реакцию. Таким образом, торий можно использовать для «выращивания» урана внутри реактора и получения энергии из него.
Ториевый цикл имеет ряд преимуществ по сравнению с урановым циклом, который используется в большинстве современных реакторов. Во-первых, торий более эффективен — из одной тонны тория можно получить столько же энергии, сколько из 200 тонн урана. Во-вторых, торий более безопасен — он не требует высокого обогащения, не подвержен термоядерному взрыву и не образует плутония, который может быть использован для создания ядерного оружия. В-третьих, торий более экологичен — он производит меньше радиоактивных отходов и имеет меньший период полураспада, чем уран.
Однако ториевый цикл также имеет ряд сложностей и рисков, которые мешают его широкому внедрению. Во-первых, торий требует сложной химической переработки для извлечения урана-233 из отработанного топлива. Этот процесс может быть дорогостоящим, энергоемким и экологически опасным. Во-вторых, торий загрязняется ураном-232, который имеет высокую радиоактивность и испускает жесткое гамма-излучение. Это затрудняет работу с ним и требует специальной защиты. В-третьих, торий имеет недостаток опыта и стандартов. Ториевая энергетика находится на ранней стадии развития и имеет ограниченный опыт эксплуатации и исследований.
В мире существует лишь несколько экспериментальных или прототипных ториевых реакторов, которые работали недолго или были закрыты по разным причинам. Например, в Германии в 1985 году был запущен реактор THTR-300 мощностью 300 МВт, но он был остановлен в 1989 году из-за технических и финансовых проблем. В Индии с 1996 года работает реактор KAMINI мощностью 30 кВт, который использует уран-233, полученный из тория, в качестве топлива. В Норвегии в 2017 году был анонсирован проект корабля ThorConIsle, который должен использовать ториевый реактор на расплавленной соли мощностью 500 МВт.
Китайский реактор на расплавленной соли тория является первым в мире такого типа и масштаба. Его разработка началась в 2011 году в рамках национальной программы по развитию четвертого поколения ядерных реакторов. Строительство реактора было завершено в 2021 году, а эксплуатация началась в июне 2023 года после получения разрешения от китайского регулятора по ядерной безопасности. Реактор будет работать в течение 10 лет в качестве опытного образца для дальнейшего совершенствования технологии и создания коммерческих реакторов большей мощности.
Реактор расположен на территории пустыни Гоби — в городе Увэй провинции Ганьсу. Этот выбор не случаен, ведь ториевый реактор не нуждается в воде для охлаждения, как урановый. Вместо этого он использует расплавленную соль, которая одновременно служит теплоносителем и транспортом для топлива. Расплавленная соль нагревается до 450 °C и постепенно продвигается по тепловому контуру, отдавая тепло воде, которая превращается в пар и вращает турбину. При этом вода никак не контактирует с радиоактивными веществами. Это повышает безопасность реактора и уменьшает риск радиоактивных утечек. Даже в случае аварии ториевый реактор просто остынет без новой порции топлива без взрывов и разброса радиоактивных веществ.
Китай обладает одними из крупнейших запасов тория в мире — около 3,5 млн тонн, что составляет около 12% мировых запасов. По некоторым подсчетам, запасов тория в Китае хватит на 20 тыс. лет снабжения страны электричеством и теплом. Кроме того, торий более эффективен, чем уран — из одной тонны тория можно получить столько же энергии, сколько из 200 тонн урана. Торий также производит меньше радиоактивных отходов и имеет меньший период полураспада, чем уран. Все это делает торий привлекательным источником ядерного топлива для Китая, который стремится уменьшить свою зависимость от угля и импортного урана, а также повысить свою энергетическую безопасность и экологичность.
Торий — химический элемент с атомным номером 90, который относится к группе актинидов в таблице Менделеева. Он был открыт в 1828 году шведским химиком Яном Берцелиусом, который назвал его в честь скандинавского бога грома Тора. Торий имеет серебристо-белый цвет и металлический блеск, но на воздухе быстро тускнеет и окисляется. Торий является радиоактивным элементом, но его радиоактивность очень слабая — период полураспада самого распространенного изотопа тория-232 составляет около 14 миллиардов лет, что примерно равно возрасту вселенной.
Торий широко распространен в земной коре — его содержание составляет около 10 граммов на тонну породы, что в четыре раза больше, чем урана. По оценкам Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), мировые запасы тория достигают 4–5 миллионов тонн, что достаточно для обеспечения всей планеты электричеством на несколько тысячелетий. Основные производители тория в мире — Китай, Индия, Австралия, Бразилия и США.
Торий используется в различных областях науки и техники. Например, он добавляется к стеклу для повышения его прозрачности и прочности, к магнию для улучшения его свойств как легкого сплава, к газоразрядным лампам для увеличения яркости свечения. Торий также применяется в медицине для диагностики и лечения рака, в астрономии для калибровки спектрографов, в геологии для определения возраста пород.
Но самое перспективное применение тория — ядерная энергетика. Торий может служить альтернативным источником ядерного топлива для реакторов четвертого поколения, которые работают по так называемому ториевому циклу. Этот цикл заключается в следующем: природный торий содержит только один изотоп — Th-232, который сам по себе не расщепляется под действием нейтронов. Однако если его облучить нейтронами из другого расщепляющегося материала, например, урана-235 или плутония-239, то он превращается в изотоп урана U-233, который уже является расщепляющимся и может поддерживать цепную реакцию. Таким образом, торий можно использовать для «выращивания» урана внутри реактора и получения энергии из него.
Ториевый цикл имеет ряд преимуществ по сравнению с урановым циклом, который используется в большинстве современных реакторов. Во-первых, торий более эффективен — из одной тонны тория можно получить столько же энергии, сколько из 200 тонн урана. Во-вторых, торий более безопасен — он не требует высокого обогащения, не подвержен термоядерному взрыву и не образует плутония, который может быть использован для создания ядерного оружия. В-третьих, торий более экологичен — он производит меньше радиоактивных отходов и имеет меньший период полураспада, чем уран.
Однако ториевый цикл также имеет ряд сложностей и рисков, которые мешают его широкому внедрению. Во-первых, торий требует сложной химической переработки для извлечения урана-233 из отработанного топлива. Этот процесс может быть дорогостоящим, энергоемким и экологически опасным. Во-вторых, торий загрязняется ураном-232, который имеет высокую радиоактивность и испускает жесткое гамма-излучение. Это затрудняет работу с ним и требует специальной защиты. В-третьих, торий имеет недостаток опыта и стандартов. Ториевая энергетика находится на ранней стадии развития и имеет ограниченный опыт эксплуатации и исследований.
В мире существует лишь несколько экспериментальных или прототипных ториевых реакторов, которые работали недолго или были закрыты по разным причинам. Например, в Германии в 1985 году был запущен реактор THTR-300 мощностью 300 МВт, но он был остановлен в 1989 году из-за технических и финансовых проблем. В Индии с 1996 года работает реактор KAMINI мощностью 30 кВт, который использует уран-233, полученный из тория, в качестве топлива. В Норвегии в 2017 году был анонсирован проект корабля ThorConIsle, который должен использовать ториевый реактор на расплавленной соли мощностью 500 МВт.
Китайский реактор на расплавленной соли тория является первым в мире такого типа и масштаба. Его разработка началась в 2011 году в рамках национальной программы по развитию четвертого поколения ядерных реакторов. Строительство реактора было завершено в 2021 году, а эксплуатация началась в июне 2023 года после получения разрешения от китайского регулятора по ядерной безопасности. Реактор будет работать в течение 10 лет в качестве опытного образца для дальнейшего совершенствования технологии и создания коммерческих реакторов большей мощности.
Реактор расположен на территории пустыни Гоби — в городе Увэй провинции Ганьсу. Этот выбор не случаен, ведь ториевый реактор не нуждается в воде для охлаждения, как урановый. Вместо этого он использует расплавленную соль, которая одновременно служит теплоносителем и транспортом для топлива. Расплавленная соль нагревается до 450 °C и постепенно продвигается по тепловому контуру, отдавая тепло воде, которая превращается в пар и вращает турбину. При этом вода никак не контактирует с радиоактивными веществами. Это повышает безопасность реактора и уменьшает риск радиоактивных утечек. Даже в случае аварии ториевый реактор просто остынет без новой порции топлива без взрывов и разброса радиоактивных веществ.
Китай обладает одними из крупнейших запасов тория в мире — около 3,5 млн тонн, что составляет около 12% мировых запасов. По некоторым подсчетам, запасов тория в Китае хватит на 20 тыс. лет снабжения страны электричеством и теплом. Кроме того, торий более эффективен, чем уран — из одной тонны тория можно получить столько же энергии, сколько из 200 тонн урана. Торий также производит меньше радиоактивных отходов и имеет меньший период полураспада, чем уран. Все это делает торий привлекательным источником ядерного топлива для Китая, который стремится уменьшить свою зависимость от угля и импортного урана, а также повысить свою энергетическую безопасность и экологичность.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...