В наши дни у ядерной энергетики плохая репутация. Хотя она может обеспечить нас энергией с нейтральным выбросом углерода, токсичные побочные продукты и потенциальный риск, который представляет каждый реактор, не столь экологичны. У нас уже хранится 250 000 тонн ядерных отходов, которые останутся смертельно радиоактивными еще 10 000 лет. А катастрофы в Чернобыле и Фукусиме являются ярким напоминанием о тех разрушениях, когда что-то идёт не так.
Это заставило многих обратиться к ядерному синтезу как более чистой альтернативе. Однако воспроизвести солнечные процессы на Земле довольно сложно, поэтому до появления жизнеспособной технологии термоядерного реактора, вероятно, будут десятилетия или даже столетия. Так стоит ли отказываться от ядерной энергии? Возможно, нет, поскольку у урана есть более чистый и безопасный родственник - торий.
Торий находится напротив урана в периодической таблице, поэтому он обладает многими уникальными особенностями урана, за исключением некоторых недостатков.
Уран
Если бы я дал вам кусок урановой руды, используемой в сегодняшних ядерных реакторах, вы бы скоро умерли от радиации. Если кусок был достаточно большим и включал несколько нейтронных отражателей, он мог бы даже стать критическим, убив вас внезапным всплеском излучения. Но что это значит?
Уран-235 (U235) - это изотоп урана, который мы хотим использовать в наших реакторах. Он составляет около 4% урановой руды. Остальное - уран-238 (U238). Разделить их достаточно сложно
U235 радиоактивен с достаточно длинным периодом полураспада - 700 миллионов лет, но основная его радиация исходит не от этого. В нем содержатся бесчисленные нейтроны, которые создают часть радиационного фона. Обычно это не проблема, но U235 также может поглотить один из этих нейтронов. Это заставляет его превращаться в уран 236 (U236), который очень нестабилен. Он расщепляется на криптон 92 (Kr92), барий 141 (Ba141) и три нейтрона.
Криптон и барий радиоактивны и распадаются на другие побочные продукты, но три свободных нейтрона делают нечто необычное. Если вокруг достаточно U235 или вокруг руды есть отражатели нейтронов, эти свободные нейтроны поглощаются большим количеством U235, вызывая их распад. Таким образом, вы можете перейти от деления U235 к трем, что, в свою очередь, приведет к делению еще девяти и так далее по экспоненте.
Этот каскад высвобождает огромное количество энергии. Связи, удерживающие уран-235 вместе, разрываются, высвобождая энергию, которая удерживала атом вместе. Это цепная ядерная реакция, также известная как деление ядер.
Если движение нейтронов находится под контролем, вы можете иметь медленную и устойчивую реакцию, которая питает наши атомные электростанции. Но, если оставить реакцию без присмотра, она может выпустить смертоносное количество радиации, став критической.
Когда уран-235 проходит через эту цепную реакцию, у вас остается цезий-137 (Cs137), кобальт-60 (Co60) и иридий-92 (Ir192). Эти элементы все еще радиоактивны, но с ними относительно легко справиться и они могут использоваться для других целей, например для облучения пищевых продуктов и радиотерапии.
Но только 3-5% нашей руды - это уран-235. Остальное - уран-238 (U238), который не участвует в цепной реакции. Вместо этого, когда уран-238 поглощает нейтрон, он распадается на нептуний-239 (Np239) и плутоний-239 (Pu 239). Они ядовиты и остаются очень радиоактивными в течение десятков тысяч лет. Это поистине смертоносная часть нашей огромной груды ядерных отходов. Что еще хуже, нептуний может самопроизвольно загореться при комнатной температуре, выбрасывая в воздух радиоактивный пепел.
Итак, подведем итоги урана. Вы не можете обращаться с ним напрямую, так как он слишком радиоактивен и может сам делиться. Это означает, что из-за несчастных случаев он может стать критическим (посмотрите на Чернобыль), а побочные продукты останутся смертельными с опасными уровнями радиации в течение десятков тысяч лет. Звучит не очень хорошо, правда?
Торий
Что ж, Торий мог бы быть гораздо лучшей альтернативой.
Торий в четыре раза чаще встречается на Земле, чем уран, и почти весь это изотоп торий-232 (Th232). Вы можете держать кусок тория-232 в руках без каких-либо побочных эффектов, поскольку этот элемент почти не радиоактивен с периодом полураспада 14 миллиардов лет. Он также не может делиться сам по себе. Так как же он может привести в действие ядерный реактор?
Что ж, если вы бомбардируете торий-232 нейтронами, он поглотит один и превратится в уран-233 (U233), который является гораздо лучшей версией U235.
Как и уран-235, уран-233 может делиться, то есть иметь цепную ядерную реакцию. Уран-233 поглощает нейтрон, превращая его в уран-234 (U234). Он очень нестабилен и быстро расщепляется, высвобождая энергию и два нейтрона, которые могут быть поглощены еще большим количеством урана-233.
Побочные продукты распада урана-233 менее радиоактивны и распадаются быстрее, чем побочные продукты урана-235. Плюс мы начали с почти чистого тория-232. Поскольку у нас нет урана-238, нет ни плутония, ни нептуния в качестве отходов. Кроме того, на каждый киловатт произведенной энергии приходится гораздо меньше отходов, поскольку ториевая руда намного чище, чем урановая руда.
Все это означает, что отходы ториевого реактора являются радиоактивными только в течение 500 лет, а не 10 000 лет. При этом отходов значительно меньше, чем в наших урановых реакторах.
Более того, поскольку торий сам по себе не может стать критическим, для ториевого реактора почти невозможна серьезная авария, такая как Чернобыль или Фукусима. Эти реакторы изначально защищены от ядерных аварий, по крайней мере, до некоторой степени.
Итак, вы ожидаете, что ториевые реакторы будут повсюду, не так ли? К сожалению, это не так.
Ториевые реакторы не производят плутония. Плутоний не только является одной из самых смертоносных частей ядерных отходов, но также является важным ингредиентом для создания ядерных бомб.
Поэтому, если страна хочет сохранить запас ядерных боеголовок, ей нужно много-много атомных электростанций, чтобы снабжать их плутонием. Им просто негде разрабатывать ториевые реакторы. Так что вы не найдете ни одного действующего ториевого реактора в США, Европе или России. Когда-то они были в этих странах, но все они были выведены из эксплуатации. Вместо этого теперь они заполнены урановыми реакторами, из которых выкачиваются тысячи тонн отходов и даже более смертоносных побочных продуктов.
Но одна страна решила удвоить потребление тория - Индия. У них нет стремления увеличивать свои запасы ядерного оружия, но им нужен чистый и надежный источник энергии для обеспечения своего миллиардного населения по мере того, как они становятся развитой страной. В стране почти нет месторождений урана, а типичные возобновляемые источники энергии недостаточно надежны для производства энергии, но у них есть обширные месторождения тория. Итак, теперь у них есть все действующие ториевые реакторы в мире, и они планируют построить еще больше.
Так все еще думаете, что ядерная энергетика грязная? Уран был причиной войн, катастроф и огромных скоплений смертоносных отходов, которые никуда не денутся в течение ужасно долгого времени. Хотя торий и несовершенен, это гораздо более безопасная и эффективная альтернатива ядерным отходам, с которыми гораздо легче справиться. Кажется, единственное, что удерживает эту революционную технологию от широкого распространения, - это наша потребность в ядерном оружии.
Не пора ли разорвать связи с нашей военной ядерной зависимостью и вступить в новую эру атомной энергии? Однако без ядерного сдерживания приведет ли это только к Третьей мировой войне?
Это огромная геополитическая и экологическая дискуссия, которая затрагивает самую суть нашего существования, будь то наша национальная безопасность, ядерные отходы или катастрофы.
Читайте также:
Ученые нашли способ остановить таяние ледников
Как глобальное потепление превратит Россию в крупнейшую сверхдержаву?