Вопрос 13 Уран-ториевые аэс.

В современной ядерной энергетике известныдваосновных топливных цикла – уран-плутониевый и уран-ториевый. Первыйосновываетсянареакцияхделения 235U и синтеза делящегося 239Pu из238U, а второй – наделении 233U (настартеиспользуется 235U) и синтезеделящегосяизотопа 233U из 232Th вреакциях с нейтронами.

Оказалось, что современная ядерная энергетиканетакбезопасна, какхотелось

бы. Крометого, существуютпроблемы с переработкой отработанного ядерного топлива и с захоронением отходов. Самыйтрудный вопрос, что делать сактинидами (неделящимися изотопами плутония, нептунием, америцием и кюрием), которые в большихколичествах нарабатываются в современных энергетическихреакторахуран-плутониевогоцикла. Они

представляютсамуюбольшуюопасность, посколькучрезвычайноядовиты, выделяют много энергии и долгоживут. Захораниватьих с гарантиейнадежностина миллионы лет практическиневозможно. Большие надеждывозлагались в уран-плутониевом цикле нареакторынабыстрыхнейтронах, которые, казалось бы, позволяютвключить в энергетику почти весьуран, переводяего в 239Pu. В этихжереакторахвозможнодожигание

актинидов. Стоимостисооружениятакоготипареакторовпрогнозировалисьне выше стоимости реакторов натепловых нейтронах.

Все указанные проблемы в принциперешаютсяприпереходена уран-ториевый топливный цикл вбезтвэльных реакторах. Есликоротко, тотакойреакторимеет низкий запас реактивности (обусловленныйвозможностью непрерывной дозированной добавки топлива, а такжеего очисткой от осколочных элементов-поглотителей нейтронов в ходе эксплуатацииконтура) и отрицательный температурный коэффициентреактивности, что полностью обеспечивает ядернуюбезопасность.

Преимущества.

1. Торий в 3-4 разаболераспространённый в земнойкореэлемент, чемуран.

2. Природныйторийсостоитизодногоизотопа и егововлечение в топливныйцикл в отличие от уранане требует трудоёмкого разделения изотопов.

3. Поперечноесечение поглощения тепловых нейтронов (σa) у 232Th в трираза больше чем у 238U.Следовательно, полное преобразование тория в тепловомреактореболееэффективно, чем в случае урана.

4. Ториевыетопливаобладают и некоторымиблагоприятными физическими и химическими свойствами,которые улучшающие эксплуатацию реактора. Посравнению с наиболее распространённым реакторнымтопливом на основе диоксида урана (UO2), диоксидтория (ThO2) имеет более высокую температуруплавления, у него выше теплопроводность, и болеенизкийкоэффициенттепловогорасширения. Диоксид

торияхимическистабильнее и, в отличиеотдиоксидаурана, несклонен к дальнейшемуокислению.

5. Поскольку 233U произведенный в ториевыхтопливахнеизбежнозагрязнен с 232U, то это ядерноетопливо само защищает себя отхищений.

6. Длительная (порядка 103 - 106 лет) радиологическая опасность обычного используемого ядерноготоплива на основе урана определяетсяплутонием и минорными актинидами, после распада которыхдолгоживущие продукты деления снова вносятсущественныйвклад в радиоэкологическуюопасность.

7. Ядерныереакторынаториевомтопливеболеебезопасны, чем на урановом, поскольку ториевыереакторы не обладают запасом реактивности.Поэтомуникакие разрушения аппаратуры реактора неспособны вызвать неконтролируемую цепную реакцию.

Недостатки:

1. Торий – рассеянныйэлемент, необразующий собственных руд и месторождений

2. Вскрытиемонацита – процесснамногоболеесложный, чем вскрытие большинства урановых руд.Отделение тория от РЗЭ – процесснамногоболеесложный, чемвыделение и очисткаурана.

3. Из-заплохихмеханическихсвойствтория, изнего невозможно изготовить какие-либо изделияточной формы, к тому жеториевыеизделиялегкоизменяютсвоюформу в реакторныхусловиях.

4. В отличиеотурана, естественныйторийнесодержит никаких делящихся изотопов; чтобыдостигнуть критичности необходимо добавлять делящийсяматериал 233U, 235U, илиплутоний.

5. Еслиторийиспользуется в открытом топливном цикле, то чтобы

достигнутьблагоприятнойнейтроннойэкономикинеобходимывысокиестепенивыгорания.

6. Сравнительнодлинныйвременнойинтервал в течениекоторого 232Th порождает 233U. Периодполураспада 233Pа - примерно 27 дней, что больше периода полураспада 239Np

Таким образом, основной недостаток ториевого цикла понятен – он просто намного дороже уранового.