Торий в космосе

Я рассматриваю возможность будущих космических поселений, работающих на тории. Главный вопрос - где взять торий? Может ли существовать металлический астероид (например, 16 Psyche), содержащий торий, и мы могли бы его захватить? К сожалению, я не знаю ни одного известного астероида, богатого торием.

Кроме того, я узнал, что метеорит SAU 169 содержит очень высокую концентрацию тория, И SAU 169 — это лунный метеорит, который был сброшен с Луны из кратера Лаланд .

Следовательно, кратер Лаланд на Луне мог быть источником тория. Будет ли это предположение правильным? Или я слишком оптимистичен?

Существует ли во всем мире мораторий на запуск реактора-размножителя в космос? «Через пять лет активная зона была удалена, и было обнаружено, что она содержит почти на 1,4% больше делящегося материала, чем когда она была установлена, что свидетельствует о том, что произошло воспроизводство тория».

Ответы (5)

«Очень высокая» концентрация тория в SaU 169 составляет около 30 частей на миллион для самых высоких измерений ( см. таблицу на стр. 6 ). Это только много по сравнению с общим содержанием тория в земной коре: торий обычно извлекают из монацитовых песков, содержащих от пары до нескольких десятков процентов оксида тория.

Сами монацитовые пески выветривались из других пород и концентрировались под действием проточной воды, сортируя зерна по плотности и образуя россыпные отложения. Вы вряд ли найдете подобные концентрированные руды на Луне или астероидах, хотя вы можете найти их на Марсе. Без них добыча тория будет очень сложным и энергоемким процессом, вероятно, в качестве побочного продукта добычи других материалов.

Я очень рад, что вы связались с этой газетой. Я собираюсь взять его данные о концентрации элементов в качестве основы для наших утверждений о полезных ископаемых в кратере Лаланд. Более чем достаточно для вымышленного описания промышленного развития. Спасибо.
Исходя из этого, можно сделать вывод, что «космическая добыча полезных ископаемых» не имеет смысла, и даже развитые космические цивилизации захотят придерживаться «обитаемых» миров для удовлетворения своих потребностей в ресурсах. :-)
@ChrisB.Behrens аргумент в пользу платиноидов лучше, но типичная земная руда платиноидов обогащена в тысячи раз. Богатый астероид может быть в 10 раз богаче, но доступ к нему будет более чем в 10 раз сложнее.
Я представил статью как доказательство ПРОТИВ возможности добычи астероидов 😎. Должна быть очень хорошо развитая экономика, которая физически находится в космосе, прежде чем это будет иметь смысл.

Частичный ответ неспециалиста.

Сам торий, как и 232Th , будет очень и очень малой частью массы безопасного и надежного ториевого реактора. Я предполагаю, что он будет гранулирован и довольно безопасен, если вы его не проглотите / не вдыхаете. На самом деле он не радиоактивный, и раньше его давали людям в пищу в качестве контрастного вещества для рентгеновских лучей , поэтому его действительно можно было отправить с Земли в виде нескольких килограммов ручной клади вместе с одним из пассажиров (опять же, до тех пор, пока они его не едят).

Торий-232 плодороден, а это означает, что в реакторе вы превратите его в уран-233 с помощью источника тепловых нейтронов , и что бы это ни было, это другая проблема, и вам может не понадобиться это в ручной клади.

Согласно Thorium на World-nuclear.org (обновлено в ноябре 2020 г.), эти

варианты делящихся драйверов - U-233, U-235 или Pu-239

так что вернемся к исходной точке с опасностью запуска. Добыча полезных ископаемых в космосе — это способ обойти это. Вы можете запустить все остальное как нерадиоактивную полезную нагрузку, но найти где-нибудь в космосе источник делящихся нейтронов (необходимый для использования тория).

введите описание изображения здесь источник

Теперь вам все еще нужно построить большой ядерный реактор, и в нем будет много экзотических высокотемпературных материалов, которые трудно перерабатывать в качестве сырья, а затем производить в виде компонентов.

Нижняя граница

Не беспокойтесь о Тории! Это наименьшая из ваших забот. Не беспокойтесь об источниках нейтронов U-233, U-235 или Pu-239.

"Но я спросил, где!"

Торий-232 является стабильным и первичным, и вы, вероятно, найдете его в смеси с ураном.

В Письме о геофизических исследованиях 2010 года Уран на Луне: глобальное распределение и отношение U/Th представлен анализ гамма-карт Луны, полученных с помощью гамма-спектрометра Kaguya JAXA. Они не измеряют торий напрямую, но вместо этого они улавливают линию 2614,5 кэВ от бета-распада таллия-208 в цепочке распада тория-232.

Да, я сказал, что он стабилен, но у него альфа-распад с периодом полураспада больше, чем возраст Вселенной.

Они обнаружили уран-238 в линии гамма-излучения с энергией 1764,5 кэВ, испускаемой в результате β-распада висмута-214, который находится в цепочке его распада.

Рис. 3. Карта распределения U на лунной поверхности, измеренная спутником Kaguya GRS. Содержания были определены путем подбора пиков пиков 238U 1764,5 кэВ....

Рис. 3. Карта распределения U на лунной поверхности, измеренная спутником Kaguya GRS. Содержания определялись путем подбора пиков пиков 238U 1764,5 кэВ. Надписи на карте обозначают следующие топографии Луны: А — Апеннинская скамья; С, Коперник; Я, Маре Имбриум; J, Монтес Юра; S, Южный полюс-Эйткен Террейн; и Т, Море Спокойствия. Пунктирные квадраты, помеченные буквами E и W, обозначают конкретные горные районы, обозначенные как Восточное и Западное нагорье соответственно (см. Текст). Заштрихованный рельеф на рисунках 3 и 4 был нарисован с использованием топографических данных лазерного альтиметра Kaguya (Araki et al., 2009).

Рис. 4. Карта распределения Th на лунной поверхности, измеренная спутником Kaguya GRS. Содержания были определены путем подбора пиков пиков 232Th 2614,5 кэВ.

Рис. 4. Карта распределения Th на лунной поверхности, измеренная спутником Kaguya GRS. Содержания были определены путем подбора пиков пиков 232Th 2614,5 кэВ. Метки на карте такие же, как на рис. 3 (см. также текст).

Как может выглядеть ваш реактор, из статьи « Использование тория в жидкосолевых реакторах поколения IV» и «Перспективы для Бразилии».

введите описание изображения здесь

Рисунок 1. Схема жидкосолевого реактора (MSR) (US DOE, 2002).

Но вместо этого вы могли бы посмотреть , можно ли как-то настроить вариант реактора Kilopower , созданный для космических приложений, для работы с торием-232.

В вашем реакторе ваш источник нейтронов сначала преобразует торий-232 в уран-233, затем ваш источник нейтронов помогает вызвать деление вашего реального топлива, урана-233.

введите описание изображения здесь

Рис. 3. Ядерные реакции превращения 232 Th в 233 U

обновление: Вот карта Тория в более высоком разрешении, полученная с космического корабля Lunar Prospector, который вышел на орбиту несколько лет спустя. Выглядит вкусно!

введите описание изображения здесь

источник

Карта Луны (слева: ближняя; справа: дальняя), составленная на основе гамма-спектрометрических данных, собранных кораблем Lunar Prospector. На карте показано глобальное распределение элемента тория в поверхностных породах, при этом высокие концентрации тория указывают на наличие так называемых пород KREEP, которые имеют высокое содержание калия, редкоземельных элементов и фосфора. Неоднородное распределение пород KREEP на поверхности Луны предполагает принципиально различную геологическую историю отдельных лунных областей (террейнов). Для получения дополнительной информации см. Jolliff et al. (2000) 1

1 Брэдли Джоллифф, Джеффри Гиллис, Ларри Хаскин, Рэнди Коротев и Марк Вичорек (2000): Основные террейны лунной коры: проявления на поверхности и происхождение коры-мантии. Журнал геофизических исследований. 105 (E2): 4197–4216, doi: 10.1029/1999JE001103.

Статья длинная, превосходная и содержит множество деталей. Она может быть особенно полезна для тех, кто хочет выяснить, где в первую очередь искать торий и уран, необходимые для питания их реактора, после чертовски большого количества уточнений.

" Не беспокойтесь о тории! Это меньше всего вас беспокоит. Беспокоитесь об источниках нейтронов U-233, U-235 или Pu-239. "...нет, нет проблем. Все, что вам нужно, это немного дейтерия, который содержится в воде. Используйте это в fusor, который может быть буквально настольным устройством. Накормите свой торий нейтронами, сделайте немного U233, а затем используйте его в качестве основного источника нейтронов. Это займет некоторое время при типичных потоках нейтронов, которые могут генерировать фузоры, но это определенно выполнимо.
@PcMan Интересно. Является ли это схемой Ponds & Fleischmann для настольного слияния или есть научная ссылка, где можно прочитать об этом подробнее? Когда я учился в аспирантуре, и об этом стало известно, люди пытались воспроизвести это повсюду. Мне пришлось помочь настроить источник питания, кусок палладия, дейтерированную воду и счетчик нейтронов (и гамма-излучения), чтобы подавить любопытство одного из самых любознательных профессоров. Мы не видели ничего, кроме смеха.
Наверняка вы знаете о Fusors? en.wikipedia.org/wiki/Fusor Это простой способ получения нейтронов с помощью электричества и дейтерия. (проще, если у вас тоже есть тритий, но он не нужен). Количество синтеза невелико, самый большой, о котором я слышал, испускает поток менее 3e11 нейтронов в секунду, но этого достаточно, чтобы запустить ториевую цепь. И это намного проще и легче построить, чем настоящий ускоритель частиц в качестве источника нейтронов. Эти ребята строят и продают коммерческие варианты: nsd-fusion.com/Neutron%20Generators/…
Я видел нейтронные трубки с той же основной идеей (высокое напряжение плюс дейтерий). Я спрашиваю о каком-то расчете, который показывает, что устройство, подобное этому, может производить количество нейтронов, достаточное для запуска реактора. Я думаю, что они, вероятно, слишком слабы, чтобы быть полезными здесь, и для их работы потребуется больше энергии, чем количество энергии, которое вы можете практически генерировать, но если вы можете дать ссылку на что-то научное и основанное на фактах, которое показывает, что это может работать в полезный и практичный способ, который будет интересен.
Реакция D + D → T + n имеет высокое поперечное сечение, но это все же ядерное, а не атомное сечение. Вы должны разогнать тысячи или миллионы дейтронов до энергии от сотен кэВ до МэВ, чтобы получить один нейтрон, а затем вы должны доставить этот нейтрон в ядерное топливо. Я совершенно уверен, что это непрактично с энергетической точки зрения.
Это не должно быть практичным с энергетической точки зрения. Он не должен запускать реактор. это.не.способ.производить.энергию! Это способ превратить небольшое количество тория в уран-233, который затем служит источником большего количества нейтронов, который затем служит для создания работающего реактора на ториевом топливе. Во-первых, это было глупое упражнение, потому что гораздо проще просто начать настройку с нескольких сотен граммов настоящего вещества, но вы возразили против этого комментарием: «Не беспокойтесь о Торий... Беспокойство по поводу... источников нейтронов.
@PcMan с нетерпением жду возможности прочитать об этом! Другими словами, кто угодно может писать в комментариях что угодно, но что касается ответов Stack Exchange, нам нужны факты, которые подтверждаются. Как только вы сможете подкрепить их ссылками на что-то научное и основанное на фактах, я прочитаю их и узнаю, насколько это верно и применимо. Это не вы, я вообще просто не верю неподдерживаемым вещам в комментариях.
Таких источников, вероятно, нет, так как это никому на Земле никогда не понадобится. Однако существование источников нейтронов на основе термоядерного синтеза и воспроизводство U-233 из Th-232 вряд ли можно назвать исключительным утверждением, а ваши возражения показывают, что вы не поняли, что предлагается.
TH-232 радиоактивен . Не сильно, но достаточно, чтобы в США для обращения с ним более пары граммов нужна была лицензия.
@JohnDoty это тяжелый металл и канцероген. Какое агентство предоставляет лицензию, это Комиссия по ядерному регулированию? Является ли причиной лицензии радиоактивность, или потенциальная полезность в ядерном реакторе, несмотря на его радиоактивность, или то, что это токсичный и канцерогенный тяжелый металл? Торий и уран являются наиболее изученными из радиоактивных элементов, поскольку их радиоактивность достаточно низка, чтобы не требовать специальной обработки в лаборатории.
@JohnDoty Как я предлагаю в ответе, мы не будем есть килограммы тория , но мне интересно, какова его доза, эквивалентная банану . Учитывая, что это альфа-излучатель, и его диапазон измеряется в микронах, и поэтому он даже не проникает в верхний слой омертвевшей кожи, не говоря уже о десятках сантиметров воздуха, сидя рядом с килограммом бананов, вы, вероятно, получите более высокую дозу. чем сидеть рядом с килограммом тория.
@JohnDoty А, это DOT (транспорт). Я только что проснулся и не выпил достаточно кофе, чтобы преобразовать беккерели и кюри во что-то полезное (и даже с кофе я, возможно, не смогу это сделать). Но я вижу граммы в некоторых единицах, так что поверю вам на слово. Мы не можем отправить более нескольких граммов тория-232 без специального разрешения правительства США.
@JonCuster под «нет таких источников», я имел в виду научные источники о запуске ториевых реакторов с указанными источниками нейтронов. Как я уже сказал, существование источников нейтронов вряд ли можно назвать экстраординарным заявлением.
@ChristopherJamesHuff - достаточно честно, я удалю (хотя многие люди могут не знать о коммерческих источниках DD). Это была длинная цепочка комментариев, в которой «источник» использовался по-разному...

Учитывая данные в других ответах, было бы проще получить торий с Земли и отправить его в космос.

Текущие ресурсы тория на Земле велики,

Country           Tonnes
India             846,000
Brazil            632,000
Australia         595,000
USA               595,000
Egypt             380,000
Turkey            374,000
Venezuela         300,000
Canada            172,000
Russia            155,000
South Africa      148,000
China             100,000
Norway             87,000
Greenland          86,000
Finland            60,000
Sweden             50,000
Kazakhstan         50,000
Other countries 1,725,000
World total     6,355,000

Оценочное содержание ресурсов тория в Австралии составляет 7 процентов.

Оценки лунных отложений, согласно ответу @uhoh, даны в частях на миллион , как и оценка метеорита SAU 169. Это в 10 000 раз больше, чем то, что можно получить с Земли.

Извлечение тория из таких месторождений возможно, но очень дорого. Получить его с Земли было бы намного проще и дешевле.

Залежи урана и тория на Земле сконцентрированы ПОСЛЕ возникновения фотосинтеза, производящего кислород. Как правило, именно свободный кислород в воде делает эти элементы растворимыми, например, избирательно переносимыми.

На небесном теле без жидкой воды, круговорота воды и источника свободного кислорода нельзя ожидать, что эти элементы будут сконцентрированы до пригодных для добычи количеств. Что ж, это более или менее верно почти для любого химического элемента, кроме самых распространенных.

Более того, большинство тяжелых элементов (а U и Th — одни из самых тяжелых) сосредоточены в ядре любого тела, достаточно большого, чтобы в какой-то момент в прошлом расплавиться (наша Луна вполне подходит). Вам придется много копать.

Единственным хоть сколько-нибудь практичным источником тяжелых элементов являются «железные» астероиды. Похоже, что это вышеупомянутые ядра, обнажившиеся в результате столкновений в прошлом. Там вы получите легкодоступные металлы и (вероятно) торий как побочный продукт очистки металлов.

Пока я не могу улучшить предыдущие ответы в отношении обилия тория. Я хотел бы добавить, что я нахожу сомнительным, чтобы какая-либо космическая среда обитания внутри Солнечной системы (возможно, обнажающая Луну или точки Лагранжа L2) использовала бы какой-либо тип ядерного реактора. Это связано с тем, что солнечные панели являются гораздо лучшим источником энергии для этих приложений; они намного дешевле в обслуживании, имеют меньше проблем с теплом и не должны заниматься транспортировкой топлива или утилизацией отходов.

Кроме того, хотя космические путешествия в долгосрочной перспективе потребуют принятия какой-либо формы ядерного двигателя, я подозреваю, что атомная космическая станция на орбите Земли (особенно НОО) будет трудно продаваться с политической точки зрения.

Торий в космосе
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 3v