Ede Teller era și el lângă toriu

Fisiunea nucleară, fenomenul în care nucleul se rupe în mai mulți nuclei mai mici în timp ce eliberează cantități uriașe de energie, a fost descris pentru prima dată în 1939 de către Otto Hahn, un chimist german. Întrucât toate acestea în II. apărută la începutul celui de-al doilea război mondial, s-a ridicat inevitabil întrebarea cu privire la modul în care energia enormă de legare stocată în nucleele atomilor ar putea fi utilizată în scopuri de fabricare a armelor. Pentru a afla, programul nuclear al SUA, Planul Mannhattan, a fost lansat în 1942.

Uraniu sau toriu

Cercetătorii conduși de Robert Oppenheimer au examinat trei materiale fisibile care ar putea fi luate în considerare la fabricarea viitoarei arme nucleare. Unul a fost izotopul 235 al uraniului, care este singura substanță naturală care este predispusă la fisiune nucleară și, prin urmare, pare a fi capabilă să inițieze o reacție în lanț care să ducă la o explozie. Celălalt a fost plutoniul, un element artificial care poate fi produs prin bombardarea izotopului 238 al uraniului cu neutroni. Acest lucru poate provoca, de asemenea, o reacție în lanț. Al treilea a fost izotopul 233 al uraniului, care poate fi produs prin bombardarea cu neutroni a torului. Acest lucru părea util și la început.

Ulterior, însă, s-a dovedit că, în cazul acesteia din urmă, pregătirea bombei a întâmpinat probleme tehnice, astfel încât cercetătorii s-au concentrat mai mult asupra primilor doi candidați, deși au fost și sarcini de rezolvat în legătură cu aceștia. Un dezavantaj major al izotopului 235 al uraniului, de exemplu, este că este foarte rar (0,72 la sută din rezervele de uraniu ale Pământului) și, prin urmare, trebuie îmbogățit, în timp ce un reactor nuclear este necesar pentru a produce plutoniu. Bomba aruncată pe Hiroshima a fost făcută din 235 de uraniu, iar cea din Nagasaki a fost făcută din plutoniu.

Utilizarea energiei nucleare a început astfel pe baza uraniului, iar dezvoltarea tehnologiei în anii postbelici a fost în principal determinată de interesele militare.

Utilizarea pașnică a energiei nucleare

La începutul anilor 1950, ideea că energia nucleară ar putea fi folosită și în scopuri pașnice a apărut mai întâi în serios. Primul reactor nuclear experimental care a generat electricitate a fost pus în funcțiune în 1951 în Idaho, SUA. Cu toate acestea, Uniunea Sovietică se mândrește cu construcția primei centrale nucleare pașnice din lume: construcția instalației Obnyinsk a început la comanda lui Stalin și a fost conectată la rețeaua electrică a țării în 1954. La scurt timp, a început construcția primei centrale nucleare comerciale din lume, care furniza energie electrică orașului SUA Pittsburgh din 1957. În toate cele trei cazuri, au fost utilizate reactoarele pe bază de uraniu bine dovedite.

Cu toate acestea, a existat o altă idee tehnologică bazată pe seria de observații descrise de fizicienii Planului Mannhattan. Deși toriul nu s-a dovedit în cele din urmă adecvat pentru fabricarea armelor nucleare, a devenit clar încă din anii 1940 că materialul avea o serie de proprietăți avantajoase față de uraniu pentru procesele de fisiune nucleară.

Pe urmele lui Jenő Wigner

"Toriu este o alegere mai bună în toate privințele, dacă doriți doar să produceți electricitate în loc să produceți o armă nucleară". Spune Kirk Sorensen, fondatorul Flibe Energy, care lucrează la dezvoltarea unei noi generații de reactoare nucleare. Sorensen, fost angajat de NASA, studiază de 12 ani tehnologiile nucleare bazate pe toriu. Compania sa urmărește ideile lui Alvin Weinberg, care, cu ajutorul personalului său, a construit primul reactor nuclear experimental din lume în anii 1960. Weinberg era atunci director al Laboratorului Național Oak Ridge, unul dintre cele mai importante institute de cercetare nucleară din Statele Unite.

Este binecunoscut faptul că cercetătorii maghiari au jucat un rol atemporal în istoria fizicii nucleare, deci nu merită surprinzător faptul că conceptul reactorului menționat a fost dezvoltat de laureatul premiului Nobel Jenő Wigner. Reactorul de sare topită (MSR), care folosește o sare specială topită atât ca combustibil, cât și ca agent frigorific, funcționează de patru ani și, deși ideea a fost validată în multe momente ale experimentului, programul nu a primit suficiente finanțări și guvern sprijin, așa că s-a încheiat câțiva ani mai târziu.

Flibe Energy lucrează la o versiune modernă a reactorului de topire a sării de la Weinberg, așa-numitul concept LFTR (Liquide Fluoride Thorium Reactor). „Această tehnologie are multe beneficii. Poate crește eficiența producției de energie cu ordine de mărime, întrucât în acest fel se poate extrage aproximativ o cantitate de energie dintr-o tonă de toriu din 200 de tone de uraniu cu procesele utilizate în prezent ”, a declarat Kirk Sorensen pentru Index. „Toriu, în plus, este mult mai frecvent decât uraniul: este de aproximativ patru ori mai mare pe Pământ, astfel încât să-l putem furniza cu energie până la zeci de mii de ani.” Sorensen a spus că beneficiul suplimentar este că manipularea produselor de fisiune a rămas din combustibilul nuclear distrus are o perioadă de înjumătățire mult mai scurtă. În plus, tehnologia LFTR face posibilă construirea unor centrale nucleare semnificativ mai mici și mai sigure, în mare parte datorită faptului că, în loc de un sistem de răcire a apei de înaltă presiune, saramură lichidă ca agent frigorific.

„Folosim aproximativ 65.000 de tone de uraniu pe an în 441 de reactoare nucleare încă în funcțiune în întreaga lume, cu o capacitate combinată care acoperă doar 15% din necesarul estimat de energie al umanității. 7.000 de tone de toriu ar fi suficiente pentru a satisface cererea totală de energie, care include consumul în sectorul transporturilor ”, spune Sorensen.

Carlo Rubbia și Teller Ede

Fondatorul Flibe Energy, a cărui activitate poate fi urmărită pe www.energyfromthorium.com, este doar unul dintre profesioniștii recunoscuți la nivel internațional, care sparg sulița pentru toriu. Poate cel mai cunoscut dintre aceștia este laureatul Premiului Nobel Carlo Rubbia, care în 2010, împreună cu alți câțiva alți fizicieni nucleari, i-au scris o scrisoare deschisă lui Barack Obama cerându-i sprijinul pentru mutarea centralelor electrice din SUA la toriu. În opinia sa, aceasta este doar singura modalitate prin care civilizația noastră poate evita catastrofa provocată de iminenta criză energetică.

Rubbia, care a câștigat Premiul Nobel pentru descoperirea bosonilor W și Z în 1984, își dezvoltase anterior o idee despre cum să dezlănțuie eficient energia nucleară inerentă torului. El a numit invenția sa un amplificator de energie. Elementul central al dispozitivului este un accelerator de particule, care folosește protoni de mare energie pentru a produce neutroni, astfel „înlocuind” sursa de neutroni (reactorul nuclear) pe baza unei reacții în lanț. Prin bombardarea lor, toriul este transformat în izotopul 233 uraniu, iar energia este generată de fisiunea sa. Este interesant faptul că atunci când fizicianul nuclear italian a fost ales membru de onoare al Academiei Maghiare de Științe în 1994, el a abordat și această idee promițătoare în discursul său inaugural cu ocazia evenimentului. Este regretabil că, din cauza nivelului redus de elaborare a conceptului și a disponibilității reduse a acceleratorului de particule, ideea nu a fost realizată până acum.

Este, de asemenea, un fir maghiar în povestea că Ede Teller a văzut și în tor soluția la problemele cauzate de diminuarea combustibililor fosili și a metodelor noastre de producere a energiei. La doi ani după moartea sa, Nuclear Technology a publicat un articol cu un cercetător nuclear din SUA, Ralph W. Moir, în care a scos în evidență avantajele reactoarelor pe bază de toriu pe bază de topitură de sare (MSR) față de tehnologiile pe bază de uraniu. Ediția din noiembrie a revizuirii fizice).

China și India sunt conectate cât mai curând posibil

La un congres organizat la Academia Chineză de Științe în urmă cu un an, s-a anunțat pentru prima dată că țara va lansa un program de cercetare la scară largă pentru a dezvolta un tip de reactor de topire a sării pe bază de toriu. Cu câteva luni înainte de anunț, o delegație științifică chineză a vizitat laboratorul național Oak Ridge tocmai pentru a studia realizările echipei lui Alvin Weinberg în anii 1960. Acest lucru nu este deloc surprinzător, întrucât necesitățile energetice ale Chinei cresc în mod dramatic an de an și, în ciuda centralelor nucleare și hidroenergetice construite recent, economia țării se bazează încă în mare parte pe combustibili fosili. Seriozitatea deciziei este susținută și de zvonul că marea putere din Orientul Îndepărtat a acumulat în ultimele decenii un stoc de toriu care ar putea să-i potolească foamea de energie în creștere de milenii.

Pe lângă China, India manifestă și un interes deosebit pentru toriu ca combustibil nuclear; Mai mult, în anumite privințe, merge mai departe pe calea implementării. Într-adevăr, guvernul indian a anunțat în toamna anului trecut că țara va construi prima centrală nucleară care folosește torul din lume odată cu finalizarea lucrărilor științifice pregătitoare. Instalația este programată să devină operațională la sfârșitul deceniului și, deși va funcționa la o capacitate relativ scăzută (300 de megawați, în timp ce Paks generează aproape 2.000 de megawați de energie electrică în total), ar putea fi o etapă semnificativă în istoria nucleară putere. Particularitatea investiției este că, spre deosebire de conceptul de topire a sării, elementul central al centralei este un reactor care folosește combustibil solid.

Toriu nu este încă pregătit pentru desfășurare

Dr. Csaba Sükösd, profesor asociat al Departamentului de Tehnologie Nucleară de la BUTE, consideră că utilizarea torului ca combustibil nuclear, în special cu tehnologia topirii sării (MSR și LFTR), pare cu adevărat promițătoare, dar mai sunt încă multe întrebări de rezolvat răspuns. „Pe lângă echipa lui Alvin Weinberg și Jenő Wigner, au fost efectuate mai multe experimente științifice pentru a pune în aplicare ideile, dar au fost testate doar anumite detalii despre funcționarea reactoarelor pe bază de toriu. Deci, ar fi o greșeală să spunem că această tehnologie a fost testată pe deplin și că este pregătită pentru implementare ”, a spus Sükösd, care a subliniat, de asemenea, că uraniul în sine conține mult mai multă energie decât folosim astăzi.

Potrivit lui Sükösd, nu trebuie uitat că reactoarele actuale pe bază de uraniu produc energie direct prin fisiune nucleară, în timp ce reactoarele pe bază de toriu pot face acest lucru numai după o așa-numită fază de cultivare (propagare). Toriul singur nu este predispus la fisiune, pentru care uraniul trebuie mai întâi convertit în izotopul 233. Pentru a face acest lucru, trebuie bombardat cu neutroni, a căror sursă poate fi inițial o reacție în lanț bazată pe izotopul 235 al uraniului. Cu izotopii de uraniu 233 produs din toriu, reacția în lanț poate fi menținută după un timp, făcând procesul autosustenabil și producând combustibilul pentru sine. „Dacă reactoarele pe bază de uraniu ar funcționa și pe acest principiu, adică printr-un ciclu de cultură, eficiența lor de producere a energiei ar rivaliza cu cea a toriului”, a spus profesorul asociat.

Sükösd a subliniat, de asemenea, importanța extinsei activități internaționale de cercetare care a fost efectuată în IV. dezvoltarea reactoarelor de generația următoare se desfășoară de mulți ani. "Ungaria este, de asemenea, implicată în această lucrare, principalele obiective ale căreia sunt creșterea siguranței operaționale, prevenirea proliferării materialelor de armament nuclear, minimizarea cantității de deșeuri radioactive și utilizarea cea mai bună a energiei conținute în combustibilii nucleari", a explicat el. „Au fost ridicate șase tipuri de reactoare diferite.” În general, un concept bazat pe toriu care utilizează topitură de sare este abordat de un grup de cercetători maghiari. În general, ne putem aștepta la punerea în funcțiune a centralelor nucleare din generația IV începând cu 2030 cel mai devreme . "

Reactor pentru fiecare gospodărie?

Toamna trecută, dr. Lajos Oláh, deputat în parlamentul MSZP, i-a adresat următoarea întrebare doctorului Tamás Fellegi, pe atunci ministru al dezvoltării naționale: „Care este poziția ministerului cu privire la utilizarea internă a torului extrem, mic, cu putere redusă? Reactoare nucleare? ". În răspunsul său, ministrul a declarat că cercetarea aferentă este încă într-un stadiu incipient, astfel încât până când acestea nu vor fi finalizate și vor fi disponibile soluții tehnice fiabile, utilizarea internă a microreactoarelor de toriu din Ungaria este de neconceput.

Dr. Csaba Sükösd, profesor asociat al Departamentului de Tehnologie Nucleară de la BUTE, nu crede că ar fi vreodată utilă instalarea unei centrale electrice de toriu în gospodării: „În prezent, electricitatea poate fi generată din energie nucleară prin fierberea căldurii produse în reactorul, rotește un generator. Cu toate acestea, aburul folosit trebuie condensat înapoi, deci este necesar și un fel de agent frigorific. Echipamentul necesar pentru aceasta este economic dacă are dimensiunea potrivită. Pe de altă parte, consider că este de conceput că căldura generată de reactoarele relativ mici este utilizată pentru încălzirea clădirilor mai mari (blocuri, spitale etc.) și pentru a produce apă caldă. De asemenea, sunt în curs cercetări în acest sens. "