Ядерний поділ, явище, при якому ядро ​​розривається на кілька менших ядер, виділяючи величезну кількість енергії, було вперше описано в 1939 році Отто Ханом, німецьким хіміком. Оскільки все це у II ст. відбулося на початку Другої світової війни, неминуче постало питання про те, як величезна енергія зв'язку, що зберігається в ядрах атомів, може використовуватися для виготовлення зброї. Щоб з’ясувати це, ядерна програма США - План Манхеттена - була розпочата в 1942 році.

наука

Уран або торій

Дослідники на чолі з Робертом Оппенгеймером дослідили три розщеплюються матеріали, які можуть бути враховані при створенні майбутньої ядерної зброї. Одним з них був 235 ізотоп урану, який є єдиною речовиною, що зустрічається в природі, яка схильна до поділу ядер, і, отже, здатна ініціювати ланцюгову реакцію, що веде до вибуху. Іншим був плутоній, штучний елемент, який можна отримати, бомбардуючи нейтонами ізотоп 238 урану. Це також може викликати ланцюгову реакцію. Третім був ізотоп 233 урану, який можна отримати при нейтронному бомбардуванні торію. Спочатку це здавалося корисним.

Однак пізніше виявилося, що у випадку з останньою підготовка бомби зіткнулася з технічними проблемами, тому дослідники більше зосереджувались на перших двох кандидатах, хоча у зв'язку з ними також були вирішені завдання. Наприклад, основним недоліком ізотопу урану 235 є те, що він дуже рідкісний (0,72 відсотка запасів урану в землі) і тому його потрібно збагачувати, тоді як для виробництва плутонію потрібен ядерний реактор. Бомба, скинута на Хіросіму, була виготовлена ​​з 235 урану, а на Нагасакі - з плутонію.

Таким чином, використання ядерної енергії розпочалося на основі урану, а розвиток технологій у повоєнні роки в основному керувався військовими інтересами.

Мирне використання ядерної енергії

На початку 1950-х вперше серйозно виникла думка про те, що ядерну енергію також можна використовувати в мирних цілях. Перший експериментальний ядерний реактор для виробництва електроенергії був введений в експлуатацію в 1951 році в штаті Айдахо, США. Проте Радянський Союз може похвалитися будівництвом першої у світі мирної атомної електростанції: будівництво Обнійського об'єкту розпочалося за командою Сталіна, а в 1954 році воно було підключене до електромережі країни. Незабаром після цього розпочалось будівництво першої у світі комерційної атомної електростанції, яка постачала електроенергію в американське місто Пітсбург з 1957 року. У всіх трьох випадках використовувались добре перевірені реактори на основі урану.

Однак існувала ще одна технологічна ідея, заснована на серії спостережень, описаних фізиками плану Манхеттена. Хоча зрештою торій не виявився придатним для виробництва ядерної зброї, вже в 1940-х роках стало ясно, що матеріал має ряд вигідних властивостей над ураном для процесів ядерного поділу.

Слідами Дженő Вігнер

"Торій є кращим вибором у будь-якому випадку, якщо ви хочете лише виробляти електроенергію, а не виробляти ядерну зброю". Каже Кірк Соренсен, засновник компанії Flibe Energy, яка працює над розробкою нового покоління ядерних реакторів. Соренсен, який раніше працював в НАСА, вже 12 років вивчає ядерні технології на основі торію. Його компанія слідує ідеям Елвіна Вайнберга, який за допомогою свого персоналу побудував перший у світі експериментальний ядерний реактор з торієм у 1960-х. Тоді Вайнберг був директором Національної лабораторії Оук-Ридж, одного з найважливіших ядерних дослідницьких інститутів у США.

Загальновідомо, що угорські дослідники відігравали позачасову роль в історії ядерної фізики, тому не варто дивуватися тому, що концепція згаданого реактора була розроблена лауреатом Нобелівської премії Йеном Вігнером. Реактор для розплавленої солі (MSR), який використовує спеціальний розплав солі як паливо та холодоагент, працює чотири роки, і хоча ідея була підтверджена в багатьох точках експерименту, програма не отримала достатньої кількості фінансових та державних підтримки, тому це закінчилося через кілька років.

Flibe Energy працює над сучасною версією реактора для розплаву солі Вайнберга, так званої концепції LFTR (Liquide Fluoride Thorium Reactor). «Ця технологія має багато переваг. Це може підвищити ефективність виробництва енергії на порядки, оскільки таким чином з однієї тонни торію може бути вилучено приблизно стільки енергії, скільки з 200 тонн урану, використовуючи поточні процеси », - сказав Кірк Соренсен в Індексі. "Крім того, торій є набагато більш поширеним, ніж уран: його приблизно в чотири рази більше на Землі, тому ми можемо забезпечувати його енергією на десятки тисяч років". Соренсен сказав, що додатковою перевагою є те, що обробка продуктів поділу, що залишилася Крім знищеного ядерного палива, набагато коротший період напіввиведення. Крім того, технологія LFTR дозволяє будувати значно менші та безпечніші атомні електростанції, значною мірою завдяки тому, що замість системи водяного охолодження високого тиску використовують дорогі та вибухонебезпечні рідкий розсіл як холодоагент.

«Ми використовуємо приблизно 65 000 тонн урану на рік у 441 ядерному реакторі, що все ще працює в усьому світі, загальною потужністю, яка покриває лише 15 відсотків передбачуваних енергетичних потреб людства. 7000 тон торію було б достатньо для задоволення загальної потреби в енергії, що включає споживання в транспортному секторі », - говорить Соренсен.

Карло Руббія та Теллер Еде

Засновник компанії Flibe Energy, чию роботу можна відстежити на веб-сайті www.energyfromthorium.com, є лише одним із ряду всесвітньо визнаних професіоналів, які ламають списа на торій. Мабуть, найвідомішим з них є лауреат Нобелівської премії Карло Руббія, який у 2010 році разом з кількома іншими провідними фізиками-ядерниками написав відкритий лист Бараку Обамі з проханням про підтримку переведення американських електростанцій на торій. На його думку, це лише єдиний спосіб для нашої цивілізації уникнути катастрофи, спричиненої майбутньою енергетичною кризою.

Руббія, який отримав Нобелівську премію за відкриття бозонів W і Z в 1984 році, раніше розробив для себе ідею, як ефективно розкрити ядерну енергію, властиву торію. Свій винахід він назвав підсилювачем енергії. Центральним елементом пристрою є прискорювач частинок, який використовує високоенергетичні протони для отримання нейтронів, таким чином «замінюючи» джерело нейтронів (ядерний реактор) на основі ланцюгової реакції. Бомбардуючи їх, торій перетворюється на ізотоп 233 урану, і енергія генерується в результаті його поділу. Цікаво, що коли італійський фізик-ядерник був обраний почесним членом Угорської академії наук у 1994 році, він також звернувся до цієї перспективної ідеї у своїй інавгураційній промові з нагоди цієї події. Шкода, що через низький рівень розробки концепції та низьку доступність прискорювача частинок, ідея досі не була реалізована.

Також угорською темою цієї історії є те, що Еде Теллер також бачив у торії рішення проблем, спричинених зменшенням викопного палива та нашими методами виробництва енергії. Через два роки після його смерті Nuclear Technology опублікувала статтю з американським дослідником ядерної техніки Ральфом В. Мойром, в якій він визначив переваги реакторів солевого розплаву на основі торію (MSR) перед технологіями на основі урану. Листопадовий випуск Physical Review минулого року).

Китай та Індія пов’язані якомога швидше

На конгресі, що відбувся в Академії наук Китаю рік тому, вперше було оголошено, що країна розпочне масштабну дослідницьку програму з розробки типу реактору солевого розплаву на основі торію. За кілька місяців до оголошення китайська наукова делегація відвідала Національну лабораторію Оук-Ридж лише для вивчення досягнень команди Елвіна Вайнберга у 1960-х. Це не дивно, оскільки енергетичні потреби Китаю з року в рік різко зростають, і, незважаючи на атомні та гідроелектростанції, побудовані нещодавно, економіка країни все ще в основному базується на викопному паливі. Серйозність рішення також підтверджується чутками про те, що велика держава на Далекому Сході за останні десятиліття накопичила запас торію, який міг втамувати зростаючий енергетичний голод протягом тисячоліть.

Окрім Китаю, Індія також виявляє великий інтерес до торію як ядерного палива; більше того, певним чином, він рухається вперед по шляху впровадження. Дійсно, уряд Індії минулої осені оголосив, що країна побудує першу в світі атомну електростанцію, що використовує торій, після завершення підготовчих наукових робіт. Запуск планується ввести в експлуатацію до кінця десятиліття, і хоча він буде працювати на відносно низькій потужності (300 мегават, тоді як Paks загалом виробляє майже 2000 мегават електроенергії), це може стати вагомою віхою в історії ядерної енергетики. потужність. Особливістю інвестиції є те, що на відміну від концепції розплаву солі, центральним елементом електростанції є реактор на твердому паливі.

Торій ще не готовий до розгортання

Доктор Чаба Сукесд, доцент кафедри ядерних технологій BUTE, вважає, що використання торію як ядерного палива, особливо з використанням технології розплаву солі (MSR та LFTR), здається справді багатообіцяючим, але є ще багато запитань відповів. «Окрім команди Елвіна Вайнберга та Йене Вігнера, для реалізації ідей було проведено кілька наукових експериментів, проте випробувано лише певні деталі роботи реакторів на основі торію. Тож було б помилкою стверджувати, що ця технологія повністю протестована і готова до впровадження », - сказав Сукесд, який також зазначив, що сам по собі уран містить набагато більше енергії, ніж ми використовуємо сьогодні.

За словами Сюкесда, не слід забувати, що реактори, що працюють на основі урану, виробляють енергію безпосередньо шляхом ділення ядер, тоді як реактори на основі торію здатні це робити лише після так званої фази вирощування (розмноження). Сам торій не схильний до поділу, для чого уран спочатку повинен бути перетворений в ізотоп 233. Для цього його потрібно бомбардувати нейтронами, джерелом яких спочатку може бути ланцюгова реакція на основі ізотопу 235 урану. З ізотопами урану 233, виробленими з торію, ланцюгова реакція може підтримуватися через деякий час, роблячи процес самодостатнім і виробляючи паливо для себе. "Якби реактори на основі урану також працювали за цим принципом, тобто через культурний цикл, їх енергоефективність була б такою, як торій", - сказав доцент.

Зюкесд також вказав на важливість великої міжнародної дослідницької роботи, яка проводилась у IV ст. розробка реакторів наступного покоління тривала вже багато років. "Угорщина також бере участь у цій роботі, основними цілями якої є підвищення експлуатаційної безпеки, запобігання розповсюдженню ядерної зброї, мінімізація кількості радіоактивних відходів та найкраще використання енергії, що міститься в ядерному паливі", - пояснив він. "Було піднято шість різних типів реакторів. У тому числі концепція на основі торію з використанням сольового розплаву, яка розглядається групою угорських дослідників.

Реактор для кожного домогосподарства?

Восени минулого року доктор Лайош Олах, член парламенту МСЗП, звернувся до доктора Тамаша Феллегі, тодішнього міністра національного розвитку, із таким запитанням: "Яка позиція Міністерства щодо внутрішнього використання екстремального, малого, малопотужного торію Ядерні реактори? ". У своїй відповіді міністр заявив, що відповідні дослідження все ще перебувають на початковій стадії, тому поки вони не будуть завершені та не отримані надійні технічні рішення, внутрішнє використання торієвих мікрореакторів в Угорщині немислимо.

Доктор Чаба Сукесд, доцент кафедри ядерних технологій BME, не вважає, що коли-небудь варто було б встановлювати торієву електростанцію в домашніх господарствах: «В даний час електроенергія може вироблятися з атомної енергії кип’ятінням тепла, виробленого в обертає генератор. Однак використаний пар потрібно конденсувати назад, тому потрібен також якийсь холодоагент. Потрібне для цього обладнання є економічним, якщо воно правильного розміру. З іншого боку, я думаю, що можна подумати, що тепло, яке виробляється порівняно невеликими реакторами, використовується для обігріву більших будівель (житлових будинків, лікарень тощо) та для виробництва гарячої води. Також проводяться дослідження з цього приводу ".