Blog KatPol

Următoarea disertație este pentru unul dintre cititorii noștri, Tanalete ne-a furnizat ca răspuns la întrebările și sugestiile primite în comentariile despre reactoarele de toriu. Redacția vrea să vă mulțumească din nou pentru eforturile depuse!

Datorită riscurilor sale sporite de siguranță și a utilizării duble a combustibililor, energia nucleară are un loc special atât în politica energetică, cât și în cea de securitate, întrucât trebuie îndeplinite o serie de condiții uneori conflictuale pentru a putea fi utilizată în scopuri civile, reducând în același timp riscul de proliferare. Din punct de vedere tehnic, acest lucru se realizează în prezent prin utilizarea tehnologiei și combustibilului potrivit.

Recent, toriul a fost menționat din ce în ce mai des ca un combustibil care reduce riscul de proliferare și are multe proprietăți benefice, așa că merită să parcurgeți puțin despre ce este vorba. Cu toate acestea, înainte de a detalia proprietățile toriului, precum și avantajele și dezavantajele sale, aș dori să spun câteva cuvinte despre combustibili în general.

Uraniu și plutoniu

Izotopul cu uraniu 235 cu mare fisiune necesar pentru a acționa reactoarele furnizează doar 0,71% din uraniu natural, cu restul de 99,29% cu izotop 238 cu fisiune redusă. Măsura în care cantitatea de 235U trebuie mărită pentru a funcționa un reactor dat, adică reacția în lanț îmbogățită la care are loc reacția în lanț de auto-susținere, depinde de tehnologia reactorului particular și a moderatorului utilizat. Astfel, de exemplu, în cazul moderatorilor de apă grea (D2O) sau grafit, reacția în lanț are loc folosind combustibil natural de uraniu, la îmbogățire cu 3% moderatorul de apă ușoară (H2O) este adecvat, iar la 40% îmbogățire, fără moderator Este nevoie. Uraniul pentru uz militar ar trebui să fie în mod normal peste 90% îmbogățire, dar nivelurile mai mici sunt suficiente pentru bombele murdare.

Pe lângă uraniu, trebuie menționat plutoniul, un alt material clasic necesar fabricării bombei atomice, iar formarea acesteia este o consecință naturală a proceselor care au loc în reactor. Unele combustibili de uraniu generează diferiți izotopi de plutoniu în fiecare reactor prin captarea neutronilor și decăderea β, mai întâi cu o fisiune bună 239Pu și apoi prin captarea ulterioară a neutronilor cu 240Pu, care, totuși, nu mai este potrivit pentru producerea armelor nucleare. Când arde combustibil proaspăt, inițial proporția izotopilor fisili din toate izotopii plutoniului este mai mare, dar mai târziu majoritatea celor care nu sunt fisibile devin. Acesta este motivul pentru care, dacă trebuie extras plutoniu armat din reactor, combustibilul este schimbat frecvent, deoarece, deși cantitatea de 239Pu care poate fi extrasă în acel moment este chiar mai mică, puritatea relativ ridicată.

Toriu

Toriu nu este o noutate ca potențial combustibil al reactorului, deoarece este o tehnologie relativ complexă și costisitoare, India a fost exclusă de pe piața nucleară internațională în ultimii ani datorită absenței sale din NPT și bomba atomică hindusă și are una dintre cele mai mari rezerve de toriu din lume. a fost cam singurul care a făcut eforturi serioase pentru a cerceta centralele nucleare de toriu. Cu toate acestea, această situație se poate schimba în următorii ani, deoarece în 2009 AECL a încheiat acorduri cu trei companii chineze pentru a dezvolta centrale electrice pe bază de toriu, iar anul acesta Areva a convenit și cu US Lightbridge Corporation pentru a evalua EPR alimentat de toriu de la Areva. Totuși, ceea ce depășește importanța acestor convenții este utilizarea torului în viitoarele sisteme de energie nucleară din a patra generație.

Toriu în sine este o substanță ușor radioactivă și este de aproximativ trei până la patru ori mai mult decât uraniul. Apare în natură sub formă pură (cel mai comun izotop 232Th se descompune foarte lent, cu un timp de înjumătățire de trei ori mai mare decât al Pământului) și sub formă de oxid de toriu contaminat cu oxid (ThO2). Datorită proprietăților sale de ardere și topire, este adesea utilizat, de exemplu, în becuri, lămpi cu arc sau pentru ceramică rezistentă la căldură.

Cea mai importantă sursă de toriu este un mineral fosfat rar, monazit, care poate conține până la 12% fosfat de toriu, cu toate acestea, acesta conține în medie 6-7%. Rezervele monosite ale lumii sunt estimate la aproximativ 12 milioane de tone, dintre care aproximativ două treimi se află pe coastele sudice și estice ale Indiei. O altă sursă semnificativă de toriu este un mineral numit torit.

Conform IAEA-NEA Uranium 2007: Resurse, producție și cerere, stocul total de toriu din lume este de aproximativ 4,4 milioane de tone, dar acest lucru nu include date pentru multe părți ale lumii. Ei estimează că 19% din rezervele exploatabile din punct de vedere economic sunt deținute de Australia, 15% de SUA, 13% de Turcia, 12-12% de India, Venezuela și Brazilia, în timp ce restul este distribuit în proporții mai mici de Norvegia, Rusia, Groenlanda ., Canada, Africa de Sud și alte țări.

Toriu în sine nu este fisibil în forma sa naturală, cu toate acestea, 232Th poate fi transformat în izotopul 233U, care este deja fisibil. În acest proces, 233Th se formează din 232Th prin absorbția neutronilor, din care se formează izotopul 233U după β-dezintegrare. Aproximativ 11% din 233U este absorbit de absorbția suplimentară de neutroni pentru a forma combustibilul convențional al reactorului, 235U. Combustibilul rezultat poate fi apoi îndepărtat din reactor, 233U selectat separat și apoi reumplut într-un alt reactor ca combustibil într-un ciclu închis de combustibil. Alternativ, 233U este produs într-un strat de acoperire care conține toriu și apoi plasat în miezul reactorului după separare.

Ciclul combustibilului pe bază de toriu are o serie de avantaje, cum ar fi o sursă abundentă, deși inventarele încă nu au fost evaluate cu exactitate (merită menționat aici că, deși numai 0,7% din izotopi sunt potriviți pentru uraniu natural)., Până atunci, tot toriul minat este potrivit pentru producția de combustibil). Un alt avantaj este că ciclul combustibilului pe bază de toriu generează mult mai puține elemente transuranice cu durată lungă de viață ca deșeuri și, în general, mult mai puține deșeuri radioactive.

Cu toate acestea, dezavantajul său este costul ridicat al producerii izotopului 233U, iar radioactivitatea puternică a elementelor fiice în timpul descompunerii fiecărui izotop face foarte costisitoare și dificilă reciclarea torului în sine și există încă probleme tehnice nerezolvate cu reprocesarea combustibilului solid .

Opiniile sunt împărțite cu privire la rezistența la proliferare a ciclului combustibilului pe bază de toriu. Deoarece 233U este potrivit pentru fabricarea armelor și poate fi separat, au fost ridicate îngrijorări cu privire la aceasta. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, reactorul este deja proiectat în așa fel încât să nu prezinte un risc (reactorul de toriu Radkowsky a fost dezvoltat special pentru a rezolva această problemă, deoarece nu necesită separarea 233U, iar pașii suplimentari pot face cheltuială combustibil și mai nepotrivit pentru arme, de exemplu, este posibil să se neutralizeze 233U prin adăugarea de uraniu natural sau sărăcit).

Din punct de vedere al proliferării, este un alt avantaj că, chiar dacă 233U este separat, acesta conține întotdeauna urme de 232U cu un timp de înjumătățire de 69 de ani, ai căror produse de descompunere au un timp de înjumătățire foarte scurt și sunt foarte puternici γ- emițătoare. Ca urmare, această substanță este foarte dificil de manevrat și ușor de detectat. În practică, acest lucru înseamnă că o persoană care se angajează să producă o bombă va primi, fără echipament adecvat, o doză foarte rapidă că va muri în ea. Folosirea 233U pentru fabricarea bombelor este, prin urmare, mult mai complicată și mai costisitoare decât „metodele tradiționale”, deci este considerat puțin probabil ca statele naționale să aleagă această metodă. Manipularea materialului necesită echipament sofisticat, care este aproape imposibil de acces pentru grupurile teroriste.

Oricum ar fi, reactoarele cu un ciclu de combustibil de toriu au încă un mare viitor în față și vor juca un rol important în sustenabilitatea energiei nucleare.