Toris, cheminis elementas, pavadintas norvegų perkūno dievo garbei, gali jau greitai prisidėti prie pasaulio elektros energijos tiekimo

Toris, cheminis elementas, pavadintas norvegų perkūno dievo garbei, gali jau greitai prisidėti prie pasaulio elektros energijos tiekimo

Gera pradžia – pusė darbo. Šis pasakymas, – tiksliau, jo pirma dalis, – apibendrina problemas, kamavusias civilinę atominę energetiką nuo pat jos atsiradimo. Atominę energetiką daugelis laiko, ir ne be pagrindo, atominių bombų kūrimo programų pavainikiu: netinkamai pradėtu ir blogai atliktu. Bet nauja pradžia yra nuostabus dalykas. Ir ją greitai gali suteikti dvi augančios pasaulio pramonės galybės, Indija ir Kinija, kurių energijos poreikis kreipia link torį naudojančių reaktorių.

Egzistuojantys reaktoriai naudoja uraną arba plutonį – bombų medžiagas. Urano reaktoriams naudojama ta pati kuro sodrinimo technologija, kaip ir atominėms bomboms, taigi, gali būti ginklavimosi programų priedanga. Plutonis gaminamas iš nesodrinto urano reaktoriuose, kurių paskirtis lengvai gali būti pakeista bombų gaminimui. Tuo tarpu torį panaudoti bombose sunku; nėra neįmanoma, bet pakankamai nepatrauklu, kad JAV nutrauktų torio tyrimus aštuntajame dešimtmetyje. Be to, jo tris ar keturis kartus daugiau, nei urano. Pasaulyje, kur branduolinė energetika, o ne ginklavimasis būtų pirminis tikslas, tai išties vertas tyrimo objektas.

Indija turi gausius torio išteklius, ir šalies branduolinės energetikos programa, ketinanti tiekti ketvirtadalį šalies elektros (dabar tiekia 3%), planuoja naudoti jį kaip kurą. Tai užtruks. Indira Gandhi vardo atominių tyrimų centras jau paleido nedidelį bandomąjį reaktorių Kalpakkam, Tamil Nadu valstijoje, o Bhabha atominių tyrimų centras Mumbajuje planuoja paleisti toriu matinamą sunkiojo vandens reaktorių, kuris turėtų būti parengtas kito dešimtmečio pradžioje.

Kinijos torio programa atrodo didesnė. Kinijos mokslų akademija teigia, kad šalyje dedamos „didžiausios pasaulyje pastangos į torį”, tuo užsiima 430 mokslininkų ir inžinierių komanda, kurios dalyvių skaičius iki 2015 turėtų pasiekti 750. Be to, šiai komandai vadovauja Jiang Mianheng, JAV Drexel universiteto inžinerijos absolventas, ankstesnio Kinijos lyderio Jiang Zemin (irgi inžinieriaus) sūnus. Kai kas gali abejoti, ar p. Jiang gavo darbą vien dėl pranašumo inžinerijoje. Tačiu jo paskyrimas rodo, kad projektas turi ir politinę svarbą. Komanda planuoja paleisti prototipinį torio reaktorių 2015 m. Kaip ir Indijos atveju, čia bus naudojamas kietas kuras. Bet iki 2017 m. Shanghai'jaus taikomosios fizikos institutas tikisi turėti reaktorių, naudojantį sudėtingesnį, bet geresnį kurą, lydytą torio fluoridą.

Toris pats savaime neskyla. Tačiau bombarduojamas neutronais, jis virsta urano izotopu ²³³U, kuris skyla. Taigi, toris gali būti deginamas įprastiniuose reaktoriuose, kartu su neutronus tiekiančiu sodrintu uranu ar plutoniu. Bet geriau gauti šio elemento fluoridą, sumaišyti su berilio ir ličio fluoridais, taip sumažinant lydymosi temperatūrą nuo 1110ºC iki pakenčiamesnių 360ºC, ir mišinį išlydyti. Gautą lydalą galima pumpuoti į specialią reaktoriaus šerdį, kur skilimas pakelia jo temperatūrą iki maždaug 700ºC. Tada jis teka į šilumokaitį, kur atiduoda karštį dujoms (paprastai anglies dioksidui arba heliui), sukančioms elektrą gaminančias turbinas. Tai atlikęs ir atvėsęs fluoridų mišinys grįžta į reaktorių, kur vėl gali kaisti.

Maždaug taip veikė Amerikos eksperimentinis torio reaktorius Oak Ridge'o Nacionalinėje laboratorijoje septintajame dešimtmetyje. Modernusis jo įsikūnijimas vadinamas skysto fluorido torio reaktorius (liquid-fluoride thorium reactor – LFTR).

Fluoridų privalumai

Vienas iš didžiausių LFTR privalumų yra tai, kad jų veikimui užtenka atmosferos slėgio. Tai keičia branduolinės energetikos ekonomiką. Dabar labiausiai paplitusiuose lengvojo vandens reaktoriuose aušinantis vanduo yra labai smarkiai spaudžiamas. Todėl lengvojo vandens reaktoriuose reikia naudoti aukšto slėgio plieno vamzdžius, o reaktorius laikyti tvirtovę primenančiuose įtvirtinimuose, jei sugestų aušinimo sistema ir būtų išleisti radioaktyvūs garai. LFTR nieko panašaus nereikia.

Be to, torį lengviau paruošti. Natūraliame urane tėra 0,7% skylančio izotopo ²³⁵U. Likusi dalis – ²³⁸U, kuris dėl tų 3 neutronų yra sunkesnis ir neskyla dėl jų suteikiamo stabilumo. Būtent todėl uraną reikia sodrinti sudėtingu centrifugavimu. Plutonis gaunamas, bombarduojant ²³⁸U neutronais, panašiai, kaip verčiant torį į ²³³U. Tačiau šiuo atveju reikia atskiro reaktoriaus nuo to, kuriame galiausiai deginamas plutonis. Tuo tarpu iš rūdos išgautas toris iškart būna pasirengęs keliauti į reaktorių.

Tiesa, jam reikia šiek tiek urano ar plutonio reakcijai pradėti. Tačiau, kai pakankamai jo pavirsta ²³³U, procesas palaiko save pats, ir neutronų iš ²³³U transmutavimo skilimo pakanka pakeisti sunaudotą ²³³U. Tada pradinė medžiaga tampa nebereikalinga ir, kadangi kuras yra skystas, gali būti nupilta, kartu su ²³³U skilimo produktais. Panašiai, prisireikus gali būti įpilama daugiau torio fluorido. Todėl torio reaktoriai gali nesustodami veikti metų metus, kai tuo tarpu lengvojo vandens reaktorius kas 18 mėnesių reikia stabdyti kuro strypų pakeitimui.

Metam bombas?

Toris turi ir kitų privalumų. Netgi LFTR atliekos ne tokios kenksmingos, kaip lengvojo vandens reaktorių. Jų susidaro mažiau, nei 100 kartų, o jų radioaktyvumas iki saugaus lygio sumažėja per kelis šimtmečius, o ne dešimtis ir šimtus tūkstantmečių, kaip lengvojo vandens reaktorių atliekų atveju.

Paradoksalu, tačiau torio istorijoje būtent jo panaudojimo ginklavimuisi sudėtingumą daugelis laiko (nes taip ir buvo) pagrindiniu kliuviniu jo panaudojimui energijos gamybai civiliniais tikslais. Šeštajame dešimtmetyje Nevados dykumoje buvo susprogdinta viena ar dvi ²³³U bombos, ir dar vieną, tikriausiai siekdama įbauginti, detonavo Indija dešimto dešimtmečio pabaigoje. Bet jei iš Amerikos patirties galima ką spręsti, tai tokios bombos yra temperamentingos ir linkusios į priešlaikinę detonaciją dėl skylant ²³³U susidarančios intensyvios gama radiacijos, iškepančios paleidimo mechanizmų elektroniką ir dėl to ginklų saugojimas darosi pavojingas. Po bandymų Nevadoje Amerikos pastangos buvo nutrauktos.

Gama spindulių problema kyla torio virtimo ²³³U proceso ypatybių. Mažas kiekis skyla kitaip ir susidaro elementas talis – jis yra itin radioaktyvus. Jo skleidžiami gama spinduliai tokie galingi, kad perskrodžia metro storio betono sluoksnį. Medžiagas, kuriose yra bent pėdsakai talio, išskirti, lydyti ir apdirbti gali vos keletas nacionalinių ginklų laboratorijų. Todėl piktavalės šalys, besidominčios atominių bombų įsigijimu, tikriausiai paliktų torio reaktorius ramybėje, – pasaulyje pilna blogai prižiūrimo plutonio. Taigi, technologija, apleista dėl negalėjimo tapti ginklais, iš dalies dėl tos pačios priežasties grįžta vėl.

Komentarai (10)