Зачем китайцам ториевый реактор?
7 июня 2023 в Китае разрешён пуск первого ториевого реактора.
Технология не отработана, эксперименты по её запуску очень дорогостоящие. Возникает вопрос: зачем это китайцам, почему не запустить обычный атомный реактор?
И не стоит ли России присмотреться к этой технологии?
Чем плохи атомные электростанции (АЭС)?
Во-первых, все мы помним аварии на Чернобыльской АЭС, на АЭС в Фукусиме и другие. США - страна с наибольшим количеством ядерных реакторов, но в 21 веке в Америке их уже не строят. В Европе за последние 16 лет возведена только одна АЭС. Станции закрывают одну за другой, идут протесты против работы оставшихся. Ставка делается на возобновляемые источники энергии.
Но можно ли назвать энергию, произведённую АЭС, «грязной»? Углеродный след ядерной энергетики - всего 15 г на кВт*ч, а для газовой ТЭЦ – 900 г на кВт*ч а для угольной все 1600 г на кВт*ч.
Опасней ли ядерная энергетика, чем другие виды производства энергии? От болезней, связанных с выбросами угольных электростанций, в год погибает порядка 52 тысяч человек, и это только в США. У атомных электростанций выбросов нет, от них никто не погибает при отсутствии аварий.
По оценкам экспертов, запасов урана-235 в мире осталось на 50-60 лет, с этой величиной согласен и глава Росатома Алексей Лихачёв. Жизненный цикл АЭС - 60-100 лет. То есть строить новые АЭС просто нерентабельно, они в скором времени останутся без сырья и не окупятся.
А вот запасы тория исчисляются тысячами тонн, его человечеству хватит на тысячи лет получения энергии.
Как видно из таблицы, собственные запасы урана для атомных станций у Китая незначительны, примерные запасы тория же высоки: их может хватить на 20 тысяч лет получения энергии для всей страны. Почему тогда весь мир не переходит на торий? Не всё так просто.
Торий (Th-232) - слаборадиоактивный металл серебристо-белого цвета c периодом полураспада порядка 14 миллиардов лет, его полураспад - одна из причин внутреннего тепла Земли. Уран и торий имеют широкое распространение в земной коре, причем тория значительно больше. Важно учитывать - торий не нашел своего широкого применения, потому специально его никто не искал. И если запасы урана известны досконально, то запасы тория только прогнозируются.
Что за реактор построили китайцы?
Китайцы построили опытный реактор на 2 МВт для проведения экспериментов. Для сравнения, современный ядерный реактор имеет мощность от 500 до 1650 МВт. Китайский реактор - крупная экспериментальная установка. В нём отрабатывают процессы, которые в случае удачи можно перенести на более масштабный уровень.
В китайском реакторе торий будет использоваться в виде расплава жидкой соли, что позволит использовать его и в качестве топлива, и в качестве хладагента. Почему не использовать в качестве хладагента воду? Воду не разогреть больше чем на 300 ⁰С даже под давлением, а жидкая соль тория разогревается до 650 ⁰С без кипения.
Огромное преимущество ториевых реакторов: они безопасны и вероятность крупной аварии незначительна.
В ходе работы реактора жидкая соль тория на внешнем контуре захватывает нейтроны из работающего реактора. По мере превращения тория-232 в уран-233 уран отправляется в рабочую зону, вырабатывает энергию и "заряжает" уже свежую ториевую соль.
Применение тория и использование жидкостной схемы позволит:
-
повысить безопасность реактора;
-
сократить радиоактивность отходов. При использовании тория получаются значительно менее радиоактивные отходы, чем при использовании урана;
-
повысить коэффициент полезного действия реактора с 33 % (на воде) до 50 % (на разогретой соли);
-
избежать давления 160 атмосфер и дорогостоящего защитного кожуха;
новый реактор будет получать ядерную энергию значительно дешевле, чем существующие реакторы на уране.
Но у проекта есть и проблемы.
Ториевые реакторы дают мало "лишних" нейтронов, и хватит ли их для "разогрева" новых партий тория - большой вопрос. К тому же, в ходе наработки образуется Палладий-233 - сильный "нейтронный яд" и теллур - сильнейший элемент коррозии. Получится ли у китайских учёных преодолеть эти трудности?
У Индии, например, не получилось. Это ещё одна страна с обширными запасами тория, и с 80-ых годов индийские учёные работали над ториевым реактором, но сейчас сворачивают работы.
Что же в России?
У России огромный опыт в ядерной энергетике и строительстве реакторов. Однако о строительстве атомной электростанции на тории речи не идет.
В лабораториях Курчатовского института разрабатывают гибридный термоядерный реактор на тории, но ториевый цикл не рассматривается как ключевой. По торию в России нет работ, подобных китайскому проекту. Зато наша ядерная энергетика развивается в других направлениях:
-
реакторы на быстрых нейтронах, в которых теоретически возможна "активация" и тория-232;
-
разработка технологий ядерного топливного цикла на основе газовых центрифуг нового поколения;
-
реакторы со спиральным регулированием с улучшением контроля активной зоны реактора.
С советских времен в Красноуфимске хранятся 80 тысяч тонн ториевой руды – «на всякий случай».
В отличие от Китая, у России есть значительные запасы урана. Как готового к применению урана-235, так и урана-238. Причем эта руда уже добыта, лежит и ждет своего часа.
А что на Западе?
Китай в своем интересе к торию не одинок. Швейцария запустила прототип ториевой АЭС стоимостью 1,6 миллиардов долларов, но внятных результатов пока нет.
Так же не наблюдается прорыва в разработке реактора термоядерного синтеза или жидкостного реактора на уране-238.
Но все может измениться. А пока желаю китайским товарищам удачи в их начинании.
Список использованных источников прилагается в закрепленном комментарии