Urano eros pabaiga – ar toris yra branduolinės energetikos ateitis? Torio reaktoriai jau statomi visame pasaulyje (Foto, Video) ()
Tikriausiai niekada arba labai mažai girdėjote apie torį, tačiau ateityje apie jį galite išgirsti daug daugiau. Šis nepretenzingas metalas vieną dieną gali konkuruoti su uranu.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Kas yra toris?
Toris (Th, 90-asis elementas), kurį 1828 m. atrado švedų chemikas Jonsas Jakobas Berzelius, pavadintas Toro, skandinavų griaustinio dievo, vardu. Tai šiek tiek radioaktyvus metalas, kurio pėdsakai randami uolienose ir dirvožemiuose visame pasaulyje, o ypač jo gausu Indijoje ir Aidaho valstijoje (JAV).
Toris turi tik vieną pagrindinį izotopą – 232-ąjį, o kiti egzistuoja tik nedideliais pėdsakais. Šis izotopas ilgainiui suyra į švino izotopą Pb-208.
Tačiau toris įdomus yra tuo, kad Th-232 gali lengvai sugerti praeinančius neutronus ir virsti Th-233. Šis naujas izotopas per kelias minutes išspinduliuoja elektroną ir antineutriną, ir tampa protaktinio izotopu Pa-233. Jo pusėjimo trukmė yra 27 dienos, tada jis virsta urano izotopu U-233.
Kitaip tariant, branduoliniu kuru.
Iššūkis yra sukurti kurą ir reaktorius, kurie galėtų pagaminti daugiau U-233, nei sunaudoja pats reaktorius. Jei tai pavyks pasiekti, tada toris turi pranašumą prieš uraną, kuris negali pagaminti daugiau kuro ar „veistis“ įprastame reaktoriuje. Taip pat galima maišyti torį ir plutonį į hibridinį kurą, kuriame uranas susidaro sunaudojant plutonį.
Visa esmė yra rasti optimalų kuro mišinį ir išdėstymą, kad būtų galima valdyti neutronus ir jų absorbciją. Toris taip pat sugeria greituosius neutronus, todėl juos galima naudoti greituosiuose išlydytos druskos ir kituose IV kartos reaktoriuose, kurie dabar kuriami.
Torio reaktoriai
Nuo 1960 m. buvo pastatyta nemažai torio reaktorių, pradedant torio pagrindu veikiančiu branduoliniu reaktoriumi Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje (JAV), o keli tyrimų reaktoriai veikia ir šiandien.
Šiandien kai kurie mano, kad toris yra energijos ir aplinkos problemų sprendimas, tačiau jo vystymą stabdo didelės pradinės išlaidos ir daugybė techninių kliūčių.
Viena iš priežasčių, kodėl plėtra buvo tokia lėta, yra ta, kad urano reaktoriai ir juos palaikanti infrastruktūra po Antrojo pasaulinio karo turėjo didesnį pranašumą.
Aštuntajame dešimtmetyje skysto metalo greitojo aušinimo reaktoriaus (LMFBR) kūrimas komerciniam naudojimui atrodė daug perspektyvesnis nei toris, o JAV vyriausybė po 1973 m. iš esmės atsisakė torio tyrimų.
XXI amžiaus pradžioje daugelis šios srities inžinierių net nežinojo apie torio reaktorius. Šiandien kuriama daugybė skirtingų torio reaktorių projektų, ypač Indijoje ir Kinijoje.
Pažangus sunkiojo vandens reaktorius (AHWR)
Tai reaktoriai, kuriuose neutronus sulėtina arba stabdo sunkusis vanduo, chemiškai identiškas paprastam lengvajam vandeniui, tačiau vandenilio atomai pakeičiami deuteriu, kuris yra vandenilis su papildomu neutronu (H2). Aušinimas vyksta dėl lengvojo vandens, kuris natūraliai cirkuliuoja baseine, varomas gravitacijos.
Kadangi toris sugeria neutronus, jis yra labai geras kuras AHWR. Be to, ši technologija jau dešimtmečius buvo naudojama sunkiojo vandens reaktoriuose, tokiuose kaip CANDU. Kai kuras pakeičiamas perdirbtu U-233, 80% pagaminamos energijos gaunama iš torio ciklo.
Naujausiame Indijos projekte, AHWR-300 reaktoriuje, bus naudojama torio šerdis, kai jis bus paleistas Bhabha atominių tyrimų centre (BARC), Mumbajuje.
Vandeninis homogeninis reaktorius (AHR)
Vandeniniai homogeniniai reaktoriai (AHR) skiriasi nuo kitų reaktorių tuo, kad juose yra branduolinių druskų, tokių kaip urano sulfatas arba urano nitratas, ištirpintas lengvajame arba sunkiajame vandenyje, kuris veikia kaip kuro šaltinis, aušinimo skystis ir moderatorius. Naudojant sunkųjį vandenį, į mišinį galima įpilti tirpios torio druskos.
Verdančio vandens reaktorius (BWR)
Kaip rodo pavadinimas, verdančio vandens reaktoriai veikia iš aušinimo skysčio gamindami garą, kuris suka turbinas. Jų pranašumas yra tas, kad turi lanksčią konstrukciją su skirtingo ilgio ir sudėties kuro strypais, kurie gali būti išdėstyti šerdyje, kad tiktų torio-plutonio kurui.
Šiuose reaktoriuose galima sukonfigūruoti torio elementus, kad BWR paverstų generuojančiu reaktoriumi, kuris pagamina daugiau kuro nei sunaudoja, o tai paprastai neįmanoma naudojant terminius neutronų branduolius.
Suslėgto vandens reaktorius (PWR)
Suslėgto vandens reaktoriai (PWR) yra vienas iš labiausiai paplitusių branduolinių reaktorių, kuriuose vandens temperatūrai pakelti naudojama slėginiame inde esanti šerdis. Nors šiems reaktoriams galima gaminti torio kuro elementus, jų konstrukcija nėra labai lanksti ir negali pagaminti daug U-233.
Tęsinys kitame puslapyje:
Išlydytos druskos reaktorius (MSR)
Išlydytos druskos reaktoriuje (MSR) naudoja iki 700 °C pašildytą druskų mišinį ir kaip aušinimo skystį, ir kaip branduolinio kuro talpyklą. Šiuo atveju torio fluorido ir urano fluorido mišinys įmaišomas į druskas, o ne kuro strypuose. Tai ne tik padidina reaktoriaus efektyvumą, bet ir pašalina sunkių konstrukcijų poreikį reaktoriui laikyti, nes jis veikia esant atmosferos slėgiui ir leidžia naudoti pasyvias saugos sistemas išjungimo atveju.
Be to, reaktorius gali būti reguliariai papildytas degalais ir išvalytas nuo šalutinių produktų naudojant cheminę kilpą, todėl jis gali būti generuojantis reaktorius.
Aukštos temperatūros dujomis aušinamas reaktorius (HTR)
Aukštos temperatūros dujomis aušinami reaktoriai (HTR) – tai IV kartos reaktoriai, kuriuose naudojamas torio pagrindu pagamintas kuras – akmenukai, padengti pirolitinės anglies ir silicio karbido sluoksniais, kurie sulaiko dalijimosi dujas, o padengti grafitu veikia kaip moderatorius ir apsaugo kurą nuo aukštos temperatūros.
Šių akmenukų sluoksnio reaktorių kuras tiekiamas viršuje, o panaudoti akmenukai pašalinami iš apačios. Aušinimas vyksta per inertinių helio dujų cirkuliaciją.
Greitųjų neutronų reaktorius (FNR)
Greitųjų neutronų reaktoriuose (FNR) naudojami greitieji neutronai, o ne lėtieji arba terminiai neutronai, naudojami įprastinio tipo reaktoriuose.
Šio tipo reaktoriui nereikia moderatoriaus ir jis gali deginti torį, bet taip pat gali naudoti ir nusodrintą uraną, kurio yra daug ir kuris yra palyginti pigus.
Akseleratoriumi varomas reaktorius (ADS)
Akseleratoriumi varomas reaktorius (ADS) yra koncepcinis reaktorius, kuriame gali būti naudojamas toris, sumaišytas su plutoniu. Šioje konstrukcijoje kuro tankis yra mažesnis, nei reikėtų branduolinei reakcijai palaikyti. Vietoj to, kuras yra bombarduojamas neutronais, kuriuos sukuria dalelių greitintuvas. Dėl to jis yra labai saugus ir susidaro tik labai trumpaamžių branduolinių atliekų, tačiau tokiam reaktoriui pakankamai patikimo greitintuvo sukūrimas išlieka pagrindine kliūtimi.
Privalumai ir trūkumai
Toris, kaip būsimas branduolinis kuras, turi daug privalumų ir trūkumų, palyginti su uranu. Ne mažiau svarbu yra tai, kad kitas kuro šaltinis žymiai padidintų mūsų galimybes naudotis turimais energijos išteklius.
Žemės plutoje torio yra tiek pat, kiek švino, o JAV tiekimas galėtų patenkinti šalies energijos poreikius tūkstantį metų be didelio sodrinimo, reikalingo urano kurui.
Be to, kai kurios torio reaktorių konstrukcijos galėtų gaminti mažiau branduolinių atliekų nei dabartiniai suslėgti reaktoriai, o susidariusios atliekos suyra daug greičiau nei įprasto kuro izotopai.
Kita vertus, torio branduolinės energetikos sistemos kūrimas pareikalautų brangios plėtros ir bandymų, o tai sunku pateisinti, nes uranas yra palyginti pigus. Be to, urano pagrindu pagamintas kuras vis tiek būtų reikalingas kaip variklis branduolinei reakcijai pradėti, o tai reiškia, kad reikia išsaugoti ir torio, ir urano infrastruktūrą.
Tada yra U-233 klausimas, kurį sunku išspręsti dėl radiacijos problemų, nes jame yra U-232 pėdsakų, kurie yra labai aktyvūs gama spindulių skleidėjai.
Klaidingos nuomonės
Idėja naudoti torį energijai gaminti sukėlė daugybę klaidingų nuomonių ir netgi tiesioginių sąmokslo teorijų. Iš dalies taip yra todėl, kad daugelis torio reaktorių projektų yra pažangūs IV kartos ir patobulinti reaktoriai.
Atrodo, kad tai supainiojo žmones, kurie mano, kad visi torio reaktoriai yra kažkas pažangesnio nei urano reaktoriai, o torio reaktoriai ir maitinimo reaktoriai yra sinonimai. Kai kuriuose sluoksniuose tai pavertė torį į stebuklingą technologiją, kurią tariamai slopina „tamsios jėgos“, o tai neduoda jokios naudos.
Viena nuolatinė klaidinga nuomonė yra ta, kad torio negalima naudoti branduoliniams ginklams gaminti, todėl šios technologijos buvo atsisakyta. Tai tiesa, jei kalbame apie patį torį, tačiau jo gaminamas U-233 gali būti naudojamas ir buvo naudojamas bombose, nors jis yra per daug radioaktyvus, ir jei bombos dizainas nėra tinkamas, ginklas tinkamai neveiks.
Tiesą sakant, torio daugiausia buvo atsisakyta dėl ekonominių priežasčių – kuro gamyba buvo brangi, o urano vis tiek reikėjo mišinyje.
Ateitis
Šiuo metu toris mėgaujasi atgimimu – Nyderlanduose eksperimentuojama su išlydytos druskos torio technologija, o reaktoriai statomi ne tik Indijoje, bet ir Kinijoje bei kitur. Pasaulyje vis labiau nerimaujama dėl anglies dvideginio išmetimo, raginimai plėsti nulinės anglies emisijos atominės energijos dalį pasaulio rinkoje tampa vis stipresni. Gali būti, kad pradėjus naudoti IV kartos reaktorių technologiją, mūsų energija bus gaunama iš tinklo, kuriame yra urano ir torio.
