В 1954 году Энрико Ферми, Эдвард Теллер и другие физики-ядерщики обсуждали будущее ядерной энергетики. Технически торий выглядел не хуже урана — а по некоторым параметрам лучше. Тем не менее мировая атомная промышленность выбрала уран. Причина была не в физике.
Физика тория
Торий-232 — стабильный (T½ = 14 млрд лет) нуклид, который сам по себе не делится. Его нельзя просто загрузить в реактор и получить цепную реакцию.
Но при захвате нейтрона происходит следующее:
Th-232 + n → Th-233 → Pa-233 → U-233
Уран-233 — делящийся изотоп, который горит в реакторе примерно так же, как U-235. Цепная реакция поддерживается. Реактор на тории — это фактически «завод» по производству U-233 из Th-232, который тут же сжигает его для выработки энергии.
Ключевая характеристика: при правильной конструкции реактор может воспроизводить больше топлива, чем сжигает (бридер). Это означает, что относительно небольшого стартового количества U-233 или Pu-239 теоретически достаточно, чтобы «разогнать» реакцию на обширных запасах тория.
MSRE: реактор, который работал
С 1965 по 1969 год в Ок-Риджской национальной лаборатории (ORNL) работал MSRE — Molten Salt Reactor Experiment. Это был реактор тепловой мощностью 7,4 МВт на расплавленных солях с ураном-233 в качестве топлива.
MSRE проработал 4 года без единой серьёзной аварии. Он продемонстрировал работоспособность концепции реактора на расплавленных солях. Затем был остановлен — не из-за технических проблем, а из-за изменения приоритетов программы.
Почему победил уран
Аргументы в пользу тория — в пользу технической стороны. Аргумент в пользу урана был один, но решающий: военный плутоний.
Реакторы на обогащённом уране производят в качестве побочного продукта плутоний-239 — материал для ядерного оружия. Именно из таких реакторов США, СССР, Великобритания и другие страны получали оружейный плутоний в 1940–60-е годы.
Торий этой возможности не давал. U-233, производимый из тория, непригоден для оружия в промышленных масштабах: он неизбежно загрязнён U-232 (T½ = 68,9 лет), дочерние продукты которого — Tl-208 — испускают жёсткое гамма-излучение 2614 кэВ. Работа с таким материалом при производстве боеприпасов крайне сложна.
Таким образом, гражданская и военная ядерные программы в 1950-х были неразрывно связаны. Уран выиграл, потому что атомный реактор должен был одновременно давать электричество и плутоний для армии.
Преимущества тория
Запасы. Тория в земной коре в 3–4 раза больше, чем урана. Монацитовые пески (Индия, Бразилия, Австралия) — огромные ресурсы.
Отходы. Ториевый топливный цикл производит значительно меньше актинидов — долгоживущих трансурановых элементов (плутоний, америций, кюрий), которые составляют основную долгосрочную проблему ядерных отходов. Токсичность отработанного ториевого топлива падает до уровня природного урана примерно за 300–500 лет — против 100 000 лет для типичного ОЯТ из урановых реакторов.
Нераспространение. Сложность использования U-233 для оружия — плюс с точки зрения режима нераспространения.
Кто строит сейчас
Индия — единственная страна с национальной программой развития ториевого цикла. Обладает крупнейшими запасами монацита и дефицитом урана. Реактор AHWR (Advanced Heavy Water Reactor) прошёл проектную фазу. Практические сроки строительства неоднократно переносились.
Китай — наиболее активный игрок. TMSR-LF1 (Thorium Molten Salt Reactor, 2 МВт тепловых) в Гоби достиг первой критичности в 2023 году. Это первый в мире реактор на расплавленных солях, запущенный после MSRE 1965 года. Следующий этап — 10 МВт, затем — 100 МВт.
Великобритания — компания Moltex Energy разрабатывает SSR-W (Stable Salt Reactor — Wasteburner): реактор, который сжигает отработанное ядерное топливо урановых реакторов в расплавленных солях. Канада рассматривает его для размещения на площадке Нью-Брансуик.
Норвегия — компания Norsk Thorium с государственным участием планирует использование норвежских запасов торий-содержащего монацита для небольших коммерческих реакторов.
Что мешает
Главная техническая сложность: Pa-233 (промежуточный продукт в цепочке Th→U) поглощает нейтроны. Для эффективного бридинга его нужно периодически выводить из активной зоны — требует химической переработки расплава прямо «в ходе» работы реактора. Это сложнее, чем традиционная переработка твёрдого топлива.
Кроме того, расплавленные соли при температурах 600–700°C крайне агрессивны — требуются специальные сплавы.
Вывод
Ториевый цикл — реальная технология с доказанной физикой, но с нерешёнными инженерными задачами. Он не стал стандартом не потому что хуже, а потому что история пошла по урановому пути — и менять колею тяжело и дорого. Китайский TMSR — первый за 55 лет шаг к тому, чтобы проверить ториевый путь в реальных условиях.
Комментарии
Загрузка...
Оценить статью