Ториевые ядерные реакторы

Ториевые АЭС покоряют мир

Недавно Китай официально объявил о запуске программы по развитию атомной энергетики на базе ториевых ядерных реакторов. Если программа будет успешна, КНР сможет использовать атомные электростанции в качестве основного поставщика энергии, извлекая ее из наиболее чистого и безопасного вида топлива. Чем же так привлекательны эти ториевые реакторы?

Фото: Фото: AP

Надвигающийся энергетический кризис не только посеял панику среди масс, но и стимулировал исследования в области энергетики. Пока одни ученые задумываются над сооружением электростанций, работающих на альтернативных источниках энергии, другие предлагают пути усовершенствования традиционных способов добычи энергии.

Так, например, Китай официально объявил о запуске программы по развитию атомной энергетики на базе ториевых ядерных реакторов. Если программа будет успешно развиваться, Китай сможет использовать АЭС в качестве основного поставщика энергии, извлекая ее из наиболее чистого и безопасного вида топлива.

Хотя, если честно, изобрели этот чудо-реактор вовсе не жители Поднебесной. Его создателем является знаменитый итальянский физик Карло Руббиа, которого также называют "отцом" Большого адронного коллайдера. Именно он в 80-х годах прошлого столетия разработал метод, позволяющий зарегистрировать прежде неуловимые W-бозоны и Z-бозоны (подробнее об этом читайте в статье "Ученым удалось потрогать частицу бога"). За свои открытия великий ученый был удостоен Нобелевской премии по физике в 1984 году.

Что же принципиально нового в реакторе Руббиа, который еще называют "ядерным умножителем"? Прежде всего то, что в качестве сырья в нем используется не опасный уран, а другой элемент — торий. Известно, что его запасов на планете в три-пять раз больше, чем таковых урана. Более того, практически весь добытый торий может использоваться в качестве топлива (для сравнения — только 0,7% урана, добытого из урановой руды, может стать ядерным топливом). Проще говоря, в энергетическом выражении одна тонна добываемого тория эквивалентна 200 тоннам урановой руды или 3,5 миллиона тонн угля. Так что, как видите, торий более дешев, и использовать его более экономично.

Фото: AP

Тем не менее, известно, что сам по себе торий не способен обмениваться тепловыми нейтронами и, соответственно, выступать в качестве горючего для электростанции. Поэтому это скорее топливное сырье, которое захватывает ядерные частицы и нейтроны и затем преобразуется в аналог уранового топлива, который может реагировать на процесс деления и производить энергию. Точнее говоря, классическая схема работы происходит так: первоначально в ториевый реактор загружают изотоп ²³³U (который делится при взаимодействии как с быстрыми, так и с медленными нейтронами), полученный в другом реакторе. В результате захвата ядром изотопа ²³²Th нейтрона, образующегося при делении ²³³U, это ядро после двух последовательных b-распадов превращается в ядро ²³³U, то есть получается вторичное ядерное топливо. Его, кстати, тоже можно использовать.

Для модификации реактора, Карло Руббиа предлагал воспользоваться ускорителем протонов с энергией пучка от 800 МэВ до 1 ГэВ для обстрела топливного элемента из тория и применять свинец в качестве теплоносителя. Высокоэнергетические пучки частиц используются для стимуляции реакции, которая производит энергию, достаточную для питания ускорителя частиц и отправки в энергосеть. Эту схему называют субкритическим реактором с ускорительной системой.

Но все-таки, как же в этой схеме получается энергия, необходимая для выработки электричества? Согласно расчетам Руббиа, поток протонов, вырвавшийся из ускорителя, будет расщеплять ядра тория и инициировать процесс деления. Кстати, замечательная особенность тория, такая как отсутствие самоподдерживающегося деления, делает данную АЭС абсолютно безопасной, поскольку, как мы видели, реакция с выделением тепла идет только благодаря бомбардировке тория протонами. Следовательно, выключение протонного ускорителя приводит к мгновенной остановке работы реактора.

Также преимуществами ториевых АЭС являются длительный цикл работы топливного элемента, что снижает утечки материала, высокая безопасность и отсутствие необходимости обогащения топлива. Кроме того, размещение реактора под землей имеет серьезные плюсы впланеобеспечениябезопасности,ведьвтакомслучае любая авария не приведет к серьезным последствиям для окружающей среды.

Интересно еще и то, что выброс инертных газов из ториевого реактора всего в 0,006 раз больше, чем из обычных реакторов. Кроме того, он может быть использован как "печь" для сжигания опасных актинидов (уран, плутоний, америций, кюрий и т. д.), что позволяет избежать опасного и дорогостоящего процесса утилизации ядерных отходов. Так что, как видите, вреда от таких АЭС практически нет, а есть лишь одна польза.

Интересно, почему же подобные проекты не осуществлялись раньше? На самом деле, разработка ториевого реактора началась еще в начале прошлого века. Первыми с торием стали экспериментировать ученые гитлеровской Германии. После окончания Второй мировой войны эти разработки попали в руки союзников, которые, однако, не воспользовались ими сразу.

Фото: AP

Дело в том, что в то время в мире появилось новое оружие — ядерная бомба, "сырьем" для которой является так называемый оружейный плутоний, получающийся как конечный продукт реакции в обычных, урановых реакторах. А вот в ториевом реакторе этот опасный элемент не образуется. Неудивительно, что в то время, когда мир находился в состоянии холодной войны, ториевые реакторы были невыгодны — как же тогда получать "ценный" плутоний для ядерного оружия?

Однако сейчас о ториевой атомной энергетике вновь заговорили. В настоящее время активную разработку ториевых реакторов ведет Индия, которая обладает 32 процентами мировых запасов тория (290 тысяч тонн) В этой стране, кстати, уже имеется ториевая АЭС. От лидера не отстают и Австралия (эта страна имеет самые большие запасы тория в мире — 300 тысяч тонн), и США, чьи запасы тория составляют 160 тысяч тонн. Также весьма активно ведется разработка новых типов реакторов в Норвегии (в которой тория вообще нет), причем ученые из этой страны утверждают, что первая норвежская ториевая АЭС начнет свою работу в 2017 году.

Однако, судя по материалам, опубликованным в газете "Вэнь Хуэй Бао", Китай сможет перегнать эти страны и выиграть "ториевую гонку". В соответствии с долгосрочным планом развития ядерной энергетики страны, первые ториевые АЭС могут появиться там уже через три-четыре года. В дальнейшем там будут построены десятки новых реакторов, и к 2020 году суммарная мощность АЭС Поднебесной достигнет 40 ГВт, а к 2050 году она может быть увеличена до 260 ГВт и выше. Это означает, что в ближайшие 40 лет в Китае производство ядерной энергии будет увеличено в 20 раз по сравнению с настоящим временем. Таким образом, КНР сможет отказаться от использования в энергетике угля, одним из крупнейших потребителей которого она сейчас является.

Кроме того, на недавней ежегодной конференции Китайской академии наук отмечалось, что поскольку мир все еще находится в стадии разработки нового поколения ядерных реакторов, исследований тория и реакторов на расплавах солей, Китай может получить все права на интеллектуальную собственность. Следовательно, остальные государства попадут в технологическую зависимость от него.

Здесь, правда, есть одна "формальность", однако, судя по всему, китайцы смогут достаточно легко ее обойти. Дело в том, что у российских ученых имеется базовый международный патент, защищающий права России на приоритет в разработке технологий ториевых реакторов в 23 европейских странах. Эта патентная заявка звучит так: "Способ управления ториевым реактором и тепловыделяющая сборка для его осуществления" (заявка №РСТ/RU01/00251 с приоритетом от 26.06.01).

Ну, а раз подобный документ имеется, то всех прав на интеллектуальную собственность в этой области Китаю вроде бы получить невозможно. Все это так, однако есть одно "но". Оно заключается в том, что этот базовый патент теряет свою юридическую силу в 2013 году. Заметьте, именно в это время Китай собирается запустить первую ториевую АЭС. После чего, видимо, ученые Поднебесной легко смогут запатентовать это техническое чудо, причем никаких юридических препятствий у них в этом не будет.

К сожалению, в нашей стране пока разработка ториевых реакторов практически не ведется. Хотя, возможно, в ближайшем будущем, если этот проект возьмет под свою опеку "Сколково", дело может сдвинуться с мертвой точки…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"