Пришло время поговорить о тории: свойствах, применении, запасах и ценах.
А также станет ли он заменой урану в ядерных реакторах и что американцы взорвали в рамках операции «Чайник».
Свойства
Торий – слаборадиоактивный мягкий металл серебристо-белого цвета (на воздухе медленно окисляется до черноты). В природе существует единственный изотоп (торий-232), который имеет период полураспада более 14 миллиардов лет (нынешний возраст Вселенной). Медленный распад тория является одним из источников внутреннего тепла Земли.
Уран и торий – два природных радиоактивных элемента, имеющих широкое распространение в земной коре.
Оксид тория отличается высокой температурой плавления (3300°C), что предопределило начальные направления его использования.
Применение
Первым применением диоксида тория (ещё в XIX веке) стал осветительный прибор калильная сетка, который крайне редко, но ещё можно встретить в туристических кемпингах.
Кроме того, оксид тория всё ещё используется для производства жаропрочной керамики, магнетронов, сварочных электродов и дуговых ламп, а также в качестве катализатора.
Стекло с диоксидом тория (благодаря высокому показателю преломления и низкой дисперсии) предназначено для высококачественных линз.
Надо отметить, что в настоящее время идёт повсеместное целенаправленное выведение тория из всех неядерных сфер применения. Он заменяется соединениями редкоземельных (иттрия, церия, лантана) и других металлов. Главная причина – радиоактивность тория и потенциальный вред для здоровья рабочих и потребителей.
Запасы
Элемент занимает 41-е место по распространённости (сопоставим со свинцом или галлием). Как правило, залегает в тех же месторождениях, что и редкоземельные металлы (РЗМ).
Торий считается более распространённым, чем уран (чаще всего называется соотношение 3:1). Однако надо учитывать, что торий не представляет существенного интереса для геологоразведки (специально его почти никто не ищет) и запасы оцениваются достаточно приблизительно.
Добыча также осуществляется в виде побочного продукта при извлечении других элементов. Однако низкий спрос на торий зачастую приводит к тому, что он просто накапливается в отвалах.
Первая десятка стран-держателей резервов представлена на графике.
Индия располагает крупнейшими запасами тория и крайне незначительными резервами урана, что провоцирует страну на создание независимой ядерной энергетики на основе ториевого топлива (об этом ниже).
Россия не проявляет никакой активности на внешнем рынке (нулевые значения импорта и экспорта). При этом в 2021 году начала реализацию монацита (основной минерал, содержащий торий и РЗМ) во Вьетнам.
Главные отечественные запасы сосредоточены в Мурманской области, Якутии и Иркутской области.
Также торий содержится в чёрных песках на побережье Азовского моря. Кроме того, довольно значительные запасы металла накоплены с 40-х и 50-х годов ХХ века - времён зарождения ядерной энергетики, когда торий рассматривался в качестве потенциального топлива наравне с ураном.
Цена
Цена на торий во Франции (единственная страна, которая предоставила соответствующую статистику) составила $26 за 1 килограмм (2022 год).
Это стало самой низкой ценой за последние 5 лет (до этого стабильно держалась на уровне $29/кг).
Остаётся добавить, что Франция, как и Россия, являются лидерами по производству МОКС-топлива (ядерного топлива, содержащего несколько компонентов, в том числе торий).
Потенциальная замена урану
Как мы уже отмечали, единственным природным изотопом, пригодным к прямому использованию в качестве ядерного топлива является уран-235 (для цепной реакции количество нуклонов должно быть нечётным).
Уран-238 (99,3% добываемого урана) и торий-232 (100% добываемого тория) требуют дальнейшего «облучения» потоком нейтронов для преобразования, соответственно, в плутоний-239 и уран-233.
Теоретически возможно, разместив торий на границе активной зоны реактора, получить уран-233 в количестве большем, чем исходное количество урана-233, урана-235 или плутония-239 (коэффициент конверсии более 1,0).
Экспериментальные установки подобного типа создаются с 1962 года (концепция была разработана ещё в 1944 году), однако широкомасштабного промышленного применения пока не было. Экономический анализ, испытания, лицензирование требуют значительных временных и финансовых затрат. Выполнить данную работу без всеобъемлющей государственной поддержки в принципе нереально.
Данный подход имеет множество плюсов. В первую очередь, под торий (в отличие от урана-238) нет необходимости создавать реактор на быстрых нейтронах и кардинально менять технологию. Во-вторых, количество радиоактивных отходов, как предполагается, будет на порядок меньше, чем сейчас. В-третьих, торию не требуется обогащение (впрочем, то же самое относится и к урану-238).
Тем не менее, часть научного сообщества сомневается в целесообразности масштабных затрат в использование тория на данном этапе в силу того, что дефицит урана-235 не достиг критической отметки. Кроме того, в конечной стоимости электроэнергии, вырабатываемой АЭС, исходное сырьё занимает относительно небольшую долю.
Если сравнивать два конкурирующих подхода по вовлечению в производственный цикл урана-238 и тория, то WNA отмечает явно большее количество усилий и программ в пользу первого. В частности, промышленные ядерные реакторы на быстрых нейтронах уже работают (мы об этом рассказывали здесь).
В то же время есть страны, которые решительно настроены создать ториевый топливный цикл. В первую очередь это Индия, которая планирует к 2050 году удовлетворять 30% внутренних потребностей в электроэнергии за счёт атомной генерации на основе тория. С учётом размеров индийской экономики и темпов её роста получается огромная величина.
Этот энтузиазм разделяют многие учёные, среди которых Нобелевские лауреаты по физике.
Операция «Чайник»
В 1955 году на полигоне в штате Невада (США) в рамках операции «Чайник» (“Teapot”) была проведена серия из 14 ядерных взрывов. В том числе была взорвана бомба МЕТ, содержащая уран-233.
Мощность взрыва оказалась ниже ожидаемой, в то время как радиационное загрязнение после него значительно выше.
Таким образом, был сделан однозначный вывод о нецелесообразности использования тория в производстве ядерного оружия (эффект от него низкий, а риск обнаружения высокий).
Нераспространение ЯО является ещё одним весомым аргументом в пользу ториевой энергетики.
Возможно, вам также будет интересно:
Если узнали что-то новое, просьба оставить лайк. Подпишитесь на канал, и мы обещаем ещё много интересного.
