Какие практические проблемы остаются для принятия ториевых реакторов?

Я не уверен, что все вы прочитали о них, но я постараюсь прояснить хотя бы несколько вещей. Я, конечно, не согласен с некоторыми вашими утверждениями.

Во-первых, вы говорите: «... они не производят ничего, что можно было бы реально использовать в качестве источника материала для ядерного оружия». Ториевые реакторы используют торий в качестве воспроизводящего топлива, которое превращается в делящийся U233. Хотя отработавшее топливо не содержит тех же соотношений элементов, что и урановый топливный цикл, оно действительно содержит изотопы, пригодные для создания бомб, а также некоторые более долгоживущие продукты деления и дочерние продукты . Фактически, ториевый цикл использовался для производства части топлива для операции «Чайник» в 1955 году.

Вы говорите: «…они гораздо менее подвержены катастрофическим отказам…» Хотя может быть так, что у ториевых реакторов традиционно было меньше катастрофических отказов, чем урановых реакторов, также верно и то, что статистика слишком мала, чтобы сделать выводы. разумные выводы относительно надежности таких систем. Насколько мне известно, ни один коммерческий реактор не использует ториевый топливный цикл. Другими словами, все ториевые реакторы представляют собой единичные экземпляры оборудования уникальной конструкции с хорошо обученным и знающим рабочим персоналом.

В настоящее время эксплуатируется около 435 коммерческих атомных станций, еще 63 находятся в стадии строительства. За последние годы произошло порядка 20 крупных ядерных аварий. Есть только 15 ториевых реакторов. Статистически, ториевые реакторы могут иметь худшую аварийность.

Безусловно, продолжаются исследования коммерческого применения ториевого топливного цикла. Интересно, что, как предполагает эта статья, ториевый цикл требует другого изотопа, чтобы запустить реакцию, поэтому всегда будет потребность в некоторых реакторах уранового цикла. Как сказал Питрус, даже за пределами Индии (где запасы тория обеспечивают хороший экономический стимул) есть люди, рассматривающие торий.

В конечном счете предпочтение уранового топливного цикла носит прагматический характер. Атомная промышленность имеет большой опыт работы с ураном. Это правда, что тория больше, чем урана, но уран вряд ли редок. На самом деле достаточно распространено, что существует даже не очень много оценок размера запасов.

Что касается общественного мнения, то торий не имеет ощутимых отличий от урана, кроме смены названия. Пока общественное мнение против атомной энергии, это будет включать и торий. Если они повернутся в поддержку атомной энергетики, экономика все равно укажет на уран.

Я собирался прокомментировать ответы других людей, но это должно было стать слишком длинным.

Почти все не могут разделить торий (это тип топлива) и тип реактора. Безопасность зависит от типа реактора и, в частности, от расплавленной соли в этом вопросе. Влияет ли выбор топлива на конечную безопасность реактора? Да, но в ограниченной степени. Так как же использование тория в качестве топлива влияет на максимальную безопасность реактора? Здесь:

1. Торий в основном имеет только один природный изотоп . Это уменьшает количество химических соединений тяжелых элементов, с которыми приходится иметь дело в химической системе. Это делает его более подходящим для реактора на расплаве солей, чем для большинства топливных циклов, которые, по мнению большинства людей, являются очень безопасными.
2. Торий производит очень мало нейтронов за одно деление . На самом деле это только как 2.3, когда другие ближе к 3.0 (но не совсем там). Влияет ли это на безопасность? Может быть. Поскольку нейтронов так мало, любая критическая конфигурация имеет меньшую физическую возможность стать опасно сверхкритической, но я бы не стал слишком подчеркивать этот момент. Более важным фактором здесь является то, что нехватка нейтронов затрудняет создание оружия. Вам нужен 1 для размножения, поэтому у вас остается 2,3-1 = 1,3, и у вас есть только 0,3 нейтрона на деление, теряемые в окружающую среду (или размножающиеся дополнительно), и с этим трудно справиться. Кроме того, все, что является более нейтронно-эффективным, имеет меньше продуктов активации, поэтому является менее радиоактивным растением. Как правило, без дополнительных нейтронов эти дополнительные нейтроны не вызывают проблем.
3. Торий дает несколько менее опасные продукты деления . Независимо от того, какой ядерный топливный цикл вы используете, вам все равно придется иметь дело с продуктами деления, потому что они являются прямым результатом реакции деления, точно так же, как CO2 является прямым продуктом реакций горения. Говорят, что у тория есть FP, с которыми немного легче иметь дело в долгосрочной перспективе, но я думаю, что разница очень и очень незначительна. Это может повысить безопасность отходов.
4. Торий можно разводить тепловыми энергиями . Это настолько важный момент, что было бы упущением не упомянуть об этом. Торий уникален среди потенциальных видов топлива тем, что тепловой реактор может постоянно создавать новое (делящееся) топливо. Тепловые реакторы меньше, дешевле, с ними проще обращаться и, вероятно, они безопаснее. В настоящее время мы используем тепловые уран-плутониевые реакторы, которые размножаются при уровне ниже безубыточности. Ториево-урановый реактор может размножаться при тепловых энергиях выше безубыточности.

Торий гораздо более устойчив, чем природный уран, и мы все согласны с этим. Но сегодня проблема ядерной энергетики заключается не в устойчивости поставок топлива . Ваш вопрос в том, почему мы не приняли его в качестве источника энергии. Начнем с того, что у нас нет экономических причин для его принятия. Вы можете спросить, почему мы не приняли реактор на расплавленной соли, ответ на который зависит от развития технологии. Кроме того, у нас не так много реакторов-размножителей в целом, что связано с более крупными проблемами, такими как переработка. Ториевые топливные циклы предлагают свой собственный уникальный подход к топливному циклу воспроизводства. Но использовать Thorium — значит использовать разведение, а мы не занимаемся (преднамеренным) разведением.

В то время как у тория есть преимущества, у него есть недостатки. Недостаток конструкции реактора — малое число нейтронов на одно деление . Компания Terrapower предлагает сделать реактор свечного типа на уране-238. Вы не могли бы сделать это с торием, потому что у него недостаточно нейтронов. Конструкция недостаточно нейтронно-эффективна. С другой стороны, ректор с расплавленной солью (MSR) является одной из самых нейтронно-эффективных конструкций, которые мы когда-либо рассматривали. Очевидно, он хорошо сочетается с Thorium. U-238 также можно было использовать в MSR, но Thorium нельзя было использовать в конструкции Terrapower.

Подводя итог моему мнению, есть сильный аргумент в пользу тория, основанный на устойчивости, есть слабый аргумент в пользу тория, основанный на отходах, и на самом деле нет аргумента в пользу тория, основанного на экономике. Текущие проекты основаны на экономике. КЭД.

Немецкий ториевый высокотемпературный реактор THTR-300 проработал около 16 000 часов, и МАГАТЭ подготовило отчет о его останове .

Таким образом, для ториевых реакторов нет физических барьеров: есть доказательство существования ториевых реакторов.

На этом соответствующий ответ для этого сайта заканчивается.

Существуют экономические, инженерные, социальные, политические, технические и институциональные барьеры; и большое количество шумихи и недостоверной информации по этому вопросу; но ни один из них не имеет отношения к этому сайту.

Короткий ответ: нет. Есть несколько передовых материалов и технологий, которые можно применить, но мне еще предстоит найти какие-либо научные препятствия.

Длинный ответ включает в себя историю холодной войны, бюрократическую инерцию и другие факторы, не относящиеся к теме, поэтому я пропущу объяснение, почему преимущества тория включают конструкцию из расплавленной соли:

Химия тория отличается от химии урана. Торий может окисляться только до +4, а ThF4 остается жидким в LFTR - воспроизводящем резервуаре. Протактиний и уран окисляются сильнее, а их высшие фториды превращаются в газ при рабочей температуре LFTR.

Это отличие дает разработчикам реакторов возможность трансмутировать воспроизводимый торий, а затем отделять продукты (и побочные продукты) от исходного сырья (вместо удаления исходного сырья из продуктов). Мы не можем сделать это с ураном, разведенным до плутония; они оба образуют газообразные гексафториды. По этой причине конструкции реакторов на расплаве солей идеально подходят для тория, но непрактичны для урана.

Как только мы увидим, что практичные конструкции с расплавленной солью предназначены исключительно для тория, тогда мы поймем, почему все преимущества этой конструкции связаны с выбором топлива. Преимущества включают в себя:

• Из жидкого ядра можно удалить нейтронные яды, чтобы можно было достичь более высоких скоростей горения. Твердотопливные реакторы обычно сжигают только около 1% своего топлива. Солевые конструкции вполне могут прогореть на 99%.

• Воспроизведение тория и последующее сжигание почти всего делящегося топлива практически не оставляет высших актинидов (т.е. долгоживущих плутониевых отходов) в конечном шлаке. Фактически, большая часть существующих плутониевых отходов может быть уничтожена в конструкции с плутониевым сердечником и ториевой оболочкой, которую правительство могло бы использовать для запуска зарождающейся индустрии LFTR.

• В LFTR расплавление — это механизм автоматического отключения, а не катастрофа.

• LFTR представляет собой конструкцию с низким давлением (без перегретой воды, стремящейся расшириться в тысячу раз). Это означает меньшую, более простую и гораздо менее дорогостоящую защитную оболочку, чем в конструкциях BWR.

• Жидкое ядро ​​облегчает извлечение побочных продуктов до распада полезных изотопов.

Я предполагаю, что ваш вопрос более конкретно, почему мы не строим реакторы с расплавленной солью тория (также известные как LFTR). Сначала исправить несколько утверждений.

1. «продукты их деления относительно недолговечны». Продукты деления любого ядерного реактора практически одинаковы. НО ключевое отличие от легководных реакторов (LWR) заключается в том, что LFTR, питаемый торием, будет производить значительно меньше (примерно в 20 раз меньше) плутония, чем LWR. Кроме того, более целесообразно возвращать плутоний обратно в реактор и сжигать его. Именно плутоний и другие трансурановые соединения (TRU), такие как америций и кюрий, представляют серьезную проблему при захоронении ядерных отходов. Таким образом, в то время как отходы продуктов деления остаются теми же, проблемная проблема отходов TRU значительно решается с помощью LFTR.

2. использование оружия - во многом зависит от специфики конструкции - некоторые версии LFTR являются наиболее устойчивыми к распространению из всех атомных электростанций - и я мог бы представить другие, которые были бы идеальными для производства топлива оружейного качества.

В зависимости от конструкции возникают некоторые сложные вопросы: сделать первую стенку реактора выдерживающей нейтронную бомбардировку, сделать корпус фторатора, который выдерживает газообразный фтор для отделения урана, но при этом быть достаточно горячим, чтобы поддерживать расплав соли, быть уверенным, что тритий не выдержит. t утечка, отделение плутония от продуктов деления (на безопасном объекте) — вот некоторые из тех, что приходят на ум. Я не думаю, что что-то из этого требует прорыва в науке, но больше похоже на инженерные исследования и разработки.

Однако ни одной из этих причин недостаточно, чтобы предотвратить развитие реактора. Для разработки реактора потребуются значительные средства ( 1 млрд долларов на крупномасштабный прототип и 5-10 млрд долларов на получение первого в своем роде коммерческого реактора). Реактор отличается от LWR, и для него потребуются другие правила. Любые инвестиции сопряжены со значительным риском того, что правила не будут разумными или даже не будут разработаны. Окупаемость инвестиций также займет много времени — вероятно, более 10 лет даже при агрессивном плане. Так что это очень сложно продать частным инвесторам (хотя и не невозможно, поскольку сегодня предпринимаются небольшие частные усилия).

Практически вопрос заключается в том, что мешает правительству сделать сколько-нибудь серьезные инвестиции в реакторы следующего поколения и почему оно так консервативно? Это не вопросы по физике.

Прямой ответ на ваш вопрос заключается в том, что физика не поддерживает LFTR.

Я просто дополняю ответ AlanSE одним пунктом -

Одним из огромных недостатков тория является то, что у тория есть таллий 208 в качестве одного из дочерних продуктов, это сильный гамма-излучатель.

Эта особенность, с одной стороны, является преимуществом, потому что тогда контрабандисты не смогут вывозить топливные стержни через радиационные мониторы, и нераспространение может быть лучше достигнуто.

Но, с другой стороны, вызывает серьезные опасения по себестоимости изготовления топлива, как по трудозатратам, так и по технологическим затратам.

Они учитываются в новых типах реакторов. Например, реактор на расплаве солей поколения 4 особенно подходит для ториевого топливного цикла.

Строительство ядерного реактора является очень крупномасштабным капиталовложением, а поскольку ториевые реакторы еще не испытаны, и уже существует большая инфраструктура для уранового топливного цикла (добыча, очистка, обогащение, изготовление стержней и т. д.), урановый реактор считается более безопасным вложением.

Идеальный подход к ториевым реакторам-размножителям, который также может позволить этим реакторам использовать U-238 в качестве топлива-размножителя, заключается в разработке этих коммерческих реакторов-размножителей для использования термоядерных триггеров непрерывного действия в качестве основного источника нейтронов. Гибридные ядерно-термоядерные реакторы-размножители, в которых используются термоядерные триггеры непрерывного действия, также смогут сжигать большую часть (примерно 80%) своих ядерных отходов в качестве топлива. Это означает, что мы сможем использовать 100 % урана и 100 % тория в качестве топлива для размножения в сочетании с прибл. 80% ядерных отходов также используются в качестве ядерного топлива, что, в свою очередь, обеспечит нашу планету энергией на многие тысячи лет в будущем, одновременно решая проблему глобального потепления.

Возражение против рециркуляции отработавшего ядерного топлива - либо для плутония от облучения 238 U, либо для 233 U от облучения Th - является серьезным препятствием. Существует гораздо больше опыта в переработке плутония, чем тория, благодаря программам создания оружия, поэтому, если переработка когда-либо получит широкое распространение, это, вероятно, будет переработка плутония.