Energie thoria v Rusku a budoucnost supertechnologie

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Valery Konstantinovich Larin, jeden z předních světových odborníků na energii thoria, člen odborné rady časopisu Rare Lands, doktor technických věd, bývalý generální ředitel několika největších podniků Sredmash, o kodexu důvěry, nový příležitosti v rozvoji Arktidy, evoluce a světlé budoucnosti jaderné energetiky, kterou si nelze představit bez použití unikátního prvku – thoria.

Co je thorium? Jaké jsou jeho klady a zápory? Proč je thorium již vybráno v jiných zemích? poslední výzvy před velkou show, na kterou možná nedostaneme pozvánku, pokud dnes promeškáme naši šanci vytvořit thoriovou supertechnologii pro novou technologickou éru.

Thorium jako alternativa uranu

Thorium je v zemské kůře několikrát zastoupeno než přírodní uran. Thorium a jeden z v něm přítomných izotopů, uran-232, může být poměrně účinným zdrojem v jaderné energetice namísto široce používaného paliva na bázi 235. izotopu uranu. Energie thoria má řadu kolosálních výhod. Kteří? Za prvé, bezpečnost: v reaktoru využívajícím thorium jako baterii nedochází k nadměrné reaktivitě. To je záruka, že se nebudou opakovat tak hrozné katastrofy, jako je Three Mile Island v Americe, jako Černobyl, jako Fokušima. Dokonce i akademik Lev Feoktistov napsal, že jakýkoli jaderný reaktor pracující v dnešní konfiguraci a technologii má šílenou nadměrnou aktivitu. Ve skutečnosti je v jednom reaktoru několik desítek nebo dokonce stovek bomb, což nás nutí přijmout velmi seriózní opatření na ochranu: pasti, speciální konstrukce atd., což samozřejmě značně zvyšuje náklady na výrobu a údržbu. Druhou výhodou thoriové energie je, že odpadají problémy s likvidací odpadu. Jsme nuceni doplňovat palivo do současných reaktorů VVER každých jeden a půl roku. Jedná se o 66 tun účinné látky, která se musí jednorázově naložit. Stupeň vyhoření navíc není tak vysoký, zbývá spousta odpadu, který je zatížen řadou obtíží. Mám na mysli sekundární likvidaci aktivních prvků, plutonium se vyrábí ve velkých objemech. Thoriová energie toto všechno nemá. Proč? Thorium má mnohem delší poločas rozpadu – v praxi deset a více let. To poskytuje efektivnější využití, nižší náklady na vykládku a vykládku, zvýšený kapacitní faktor a tak dále. Ano, nutno přiznat, že díky rozdílnému poločasu rozpadu thoria se tvoří jiné aktinidy, aktivnější, ale v současné fázi je tento problém vcelku řešitelný. Ale jsou tu i velké plusy. Souhlasíte, je tu rozdíl: rok a půl a deset let?

Hlavním minerálem obsahujícím thorium je monazit, který obsahuje vzácné zeminy. Proto, když mluvíme o thoriu jako palivu pro budoucí energetiku, jako o dalším stupni rozvoje jaderné energetiky, budeme přirozeně hovořit o složitém zpracování monazitových surovin a separaci vzácných zemin – tím se v podstatě využívá tzv. thorium komerčně ekonomičtější a atraktivnější. Existuje velmi vážný potenciál pro rozvoj energetiky, hospodářství a těžebního průmyslu. Thorium se v Rusku vyskytuje ve formě monazitových písků. Tato technologie musí být průmyslově vyvinuta, testována a hlavně nákladově efektivní. Vše se dá dělat v laboratoři.

Problém hledání ložisek thoria je podobný problému hledání ložisek kovů vzácných zemin – jeho schopnost koncentrace je slabá a thorium se velmi nerado shromažďuje v jakýchkoliv významných ložiskách, protože je velmi rozptýleným prvkem zemské kůry. Thorium je v malém množství přítomno v žule, půdě a půdě. Thorium se obvykle netěží samostatně, získává se jako vedlejší produkt při těžbě prvků vzácných zemin nebo uranu. V mnoha minerálech, včetně monazitu, thorium snadno nahrazuje prvek vzácných zemin, což vysvětluje afinitu thoria se vzácnými zeminami.

Thorium(Thorium), Th je chemický prvek III. skupiny periodického systému, první člen aktinidové skupiny. V roce 1828 Jens Jakob Berzelius při analýze vzácného minerálu nalezeného ve Švédsku v něm objevil oxid nového prvku. Tento prvek byl pojmenován thorium na počest všemocného skandinávského božstva Thora (Thor je kolegou Marsu a Jupitera, boha války, hromu a blesku). Berzeliusovi se nepodařilo získat čisté kovové thorium. Čistý preparát thoria získal až v roce 1882 další švédský chemik, objevitel skandia, Lars Nilsson. Radioaktivitu thoria objevili v roce 1898 nezávisle na sobě současně Maria Sklodowska-Curie a Herbert Schmidt.

Potřebujeme rozvíjet vlastní výrobu

Svého času byly Efimu Pavloviči Slavskému a Igoru Vasiljevičovi Kurčatovovi napsány zprávy, že je nutné přejít na thoriový cyklus. A experimentálně byla provedena thoriová energetika: reaktory fungovaly v Mayaku a v Německu. Zároveň však bylo nutné vyvinout vojenský směr související s energií, a v důsledku toho pracovat na plutoniu a program thoria byl zmrazen. Proto rozhodnutí, které učinil náš prezident, že je potřeba v tomto směru začít pracovat, posílit a možná i urychlit, je velmi správné a aktuální. Dnes nám nikdo nedá druhou šanci. Čína, Indie a skandinávské země mají velmi vážný program thoria. Brzy všichni dojdou tak daleko, že nikoho nedoženeme. Čína zašla ve vývoji průmyslu vzácných zemin s vlastní rudnou základnou tak daleko, že tím Čínu dnes nezastrašíme. Mohli jsme Čínu dohnat a museli jsme udělat vše pro to, aby Čína od nás byla alespoň jeden krok, dva držena v pozadí v jaderném inženýrství, v jaderných technologiích. Ale bohužel i tady ustupujeme. Čína touží vstoupit na trh se svými jadernými reaktory a vlastní technologií. A mohu vás ujistit, že vzhledem k pozici, kterou nyní máme, tento boj prohrajeme.

Nízkovýkonové reaktory už nabízejí a bohužel, musím přiznat, že budou industrializovat plovoucí reaktorové elektrárny rychleji než my - naši ministerští soudruzi mají o tyto reaktory velký zájem, místo aby rozvíjeli vlastní výrobu. Musíme se rozvíjet. Například plynové reaktory, vysokoteplotní plynem chlazené reaktory jsou ve skutečnosti velmi slibným směrem. Ale z nějakého důvodu to také děláme velmi pomalu, nesměle, netečně.

Bohužel po celá 90. léta u nás vládla ideologie, že je jednodušší a levnější koupit vzácné zeminy například v Číně, než si vyrobit vlastní produkt.

Kolik stojí nové palivo

Producenti jsou konzervativci. A jejich konzervatismus je oprávněný. Filozofie výrobního dělníka je jasná: mám dobře fungující výrobu, pracuji, zodpovídám za plán, za výrobu, za lidi, kteří pracují. Jakákoli inovace mi přináší rizika. Rizika něčeho nového, co je třeba zažít, a zároveň nějaké poruchy, překryvy a tak dále jsou vždy možné. potřebuji to? Raději bych žil v míru. Proto střet takových zájmů: vývoj, prosazování nového a pohledu konzervativního výrobního pracovníka vždy byl, je a bude. Jiná věc je, že je potřeba to racionálně překonat.

Dnes existují různé druhy uranového paliva: nitrid, keramika, palivo s přídavkem vzácných zemin. Velmi velké množství možností. A dělá se to bez jakýchkoli nákladů, bez jakýchkoli peněz? Rozhodně ne. Pro získání nového paliva na bázi thoria je nutné vyvinout technologii výroby těchto materiálů. A než řekneme, že energie thoria je mnohem dražší než uran, musíme udělat jednoduchou věc – srovnávací ekonomickou analýzu. Pokud se například jako palivo pro reaktor použije tavenina fluoridu thoria, zdá se mi, že získat fluoridy thoria není tak drahé. Pokud dostáváme palivo ve formě kulových prvků - to je druhá možnost, keramika - třetí možnost. Navíc se zde bavíme především o surovinách, o monazitu a otázka ceny bude určena s ohledem na komplexní využití. Tedy těžba celého množství vzácných zemin, uranu a zirkonia z monazitu – to vše vážně sníží náklady na výrobu paliva na bázi thoria.

Něco málo o rychlých reaktorech. Nezáleží na tom, jakou technologií, na jakém reaktoru, v jakém konstrukčním provedení použít rychlé neutrony, zapálit přírodní materiál – v tom či onom množství odpad stejně vznikat bude. A odpad se musí recyklovat. Pokud mluvíme o čistotě metodologie a konceptů, jako takové žádný uzavřený cyklus neexistuje a ani být nemůže. Ale ve variantě energie thoria bude méně aktivního odpadu, který je třeba recyklovat.

Jsem přesvědčen, že v každém případě postupně přejdeme na energii thoria, zvláště když nejnovější výzkumy a výpočty fyziků Tomské polytechnické univerzity, teoretický výpočet jádra, ukazují, že evoluční přechod na energii thoria je možný ve vztahu ke světlu. -vodní reaktory. Tedy ne hned revoluci, ale postupný přesun aktivní zóny stávajících lehkovodních reaktorů s částečnou výměnou aktivní zóny z uranového paliva na thorium.

Než pověsíte známky, že to je špatné a to je dobré, musíte se vážně zabývat skutečným podnikáním. Řekněme, že vyrobíme pár palivových tyčí a vše spustíme na zkušebních stolicích. Odstraňte všechny charakteristiky jaderné fyziky. Je třeba provést mnoho výzkumů, a to dlouhodobě. A čím dále se budeme zdržovat s argumentem, že je to těžké a těžké, tím více budeme zaostávat ve vývoji. Musíte dělat všechno včas. Najednou se tím Sredmash zabýval, v našich podnicích obdržel kovové thorium a tyto technologie byly k dispozici. Je třeba pozvednout staré zkušenosti, staré zprávy, ty jsou snad všechny zachovány v archivech a odborníci to najdou. S přihlédnutím k tomu, co se podařilo, a novým příležitostem, je nutné v celé věci pokračovat.

Některá ložiska thoria v Rusku:

• Tugan a Georgievskoe (Tomská oblast)

• Ordynskoe (Novosibirská oblast)

• Lovozerskoe a Khibinskoe (Murmanská oblast)

• Ulug-Tanzekskoe (Tývská republika)

• Kiyskoe (Krasnojarské území)

• Tarskoe (Omská oblast)

• Tomtorskoe (Jakutsko)

Thorium pro Arktidu i mimo ni

Existuje obrovská potřeba sériových mobilních a stacionárních elektráren ultra nízkého a nízkého výkonu (od 1 do 20 MW), které lze využít jako zdroje energie a tepla v rozvoji severních území, rozvoji nových ložisek tam a také při poskytování elektřiny vzdáleným vojenským posádkám a velkým námořním základnám v severní a tichomořské flotile. Tato zařízení by měla mít co nejdelší dobu provozu bez překládky jaderného paliva, během provozu by nemělo hromadit plutonium, měla by být nenáročná na údržbu. Nemohou fungovat v uran-plutoniovém cyklu, protože plutonium se při jeho použití hromadí. V tomto případě je slibnou alternativou k uranu použití thoria.

Energetický problém v Arktidě je problémem číslo jedna. A to se musí řešit naprosto jasně. Právě teď v Zhodinu naši drazí běloruští přátelé vyrobili největší BelAZ na světě s nosností 450 tun. Aby tento "BelAZ" normálně fungoval, jsou všechna jeho dvojkolí poháněna samostatně, pro každé kolo je samostatný motor. Ale aby se dostala elektřina, jsou tam dva obrovské diesely, které pohánějí elektrické generátory, ty vše rozvádějí na tyto elektromotory. Udělejme malý thoriový reaktor a nemusí se instalovat přímo na tento BelAZ. Můžete udělat různé možnosti. Například pro výrobu vodíku by bylo velmi efektivní využívat thoriové reaktory s nízkým výkonem. A převést všechny motory na vodík. V tomto ohledu teoreticky získáme skvělý obrázek, protože když spalujeme vodík, získáme vodu. Naprosto „zelená“energie, o které každý sní. Nebo uděláme jaderné elektrárny založené na nízkovýkonových reaktorech. S dalším rozvojem a průzkumem Arktidy budou mobilní lokální reaktory, reaktorové instalace nízkého výkonu dávat z mého pohledu šílený národohospodářský efekt. Prostě šílené. Měly by být přesně mobilní, místní, mobilní. A myslím, že není tak těžké vyrobit v Arktidě reaktory s nízkým výkonem na thorium s dobou výměny paliva deset a více let. Ano, je možné vyrobit reaktory s nízkým výkonem pomocí stávajících technologií: vezměme reaktory, které máme v námořnictvu, na ponorkách a lodích s jaderným pohonem. Pojďme si je obléknout. Začněme využívat. To vše se dá udělat. Ale potíže s provozem a vyřazováním z provozu, nakládáním, vykládáním a odstraňováním v drsných podmínkách severních zeměpisných šířek značně zkomplikují použití tohoto typu instalace.

Další názorný příklad. V obrovských jakutských lomech Alrosa, na těžebních pododdílech Lebedinsky GOK, používáme při těžbě železné rudy těžkotonážní BelAZ nebo Caterpillars a je zde velký problém odvětrání lomů od výfukových emisí a po masivních explozích prolomit Ruda. Co se aplikuje? Až po motory leteckých vrtulníků, ale ty jezdí i na fosilní paliva, petrolej atd., zase dochází k sekundárnímu znečištění lomu. Při přechodu na vozidla s reaktory na bázi thoria není potřeba větrat otevřené jámy, nejsou potřeba sklady paliv a maziv atd.

Je pro mě šokem, když Rusko, právní nástupce Sovětského svazu, není schopno poskytnout svému jadernému průmyslu přírodní složku, uranové suroviny. Tomu nerozumím, ale byl jsem vychován ve staré škole a nepracoval jsem nikde jinde než ve Sredmash. Není to žádná sranda, před časem, soudě podle oficiálních zdrojů Rosatomu, jsme byli nuceni nakupovat suroviny v Austrálii.

Ruské podniky jsou prý ztrátové, ale proč jsou v tomto případě podobné podniky na Ukrajině, kde je také hlubinná těžba a obsah kovu v rudě podobný našemu, ziskové? Pravděpodobně nastala potřeba, potřeba státu mít státní zásoby strategických materiálů pro rozvoj jaderné energetiky, ale i pro průmysl obecně. Vezmeme-li v úvahu takové triky, které se dějí (sankce atd.), můžeme se každou chvíli dostat do velmi, velmi nepříjemné, závislé pozice.

Tam, kde jde o principiální věci, o bezpečnost státu, nejen z hlediska obranyschopnosti, je bezpečnost státu prostorný a obrovský pojem a nejde jen o zbraně. Jde o jídlo a další strategické věci.

Kde sídlí analytici a specialisté?

Zdá se mi, že pod každým ministerstvem by měla existovat jakási centrála analytiků, poradců, šedých kardinálů, chcete-li, nazvěte je jak chcete, kteří by měli analyzovat obrovské množství informací a oddělit zrno od plev, definovat strategii rozvoje. Bohužel, zvláště dnes, se často rozhoduje bez řádné analýzy. Vedení odvětví by se mělo zapojit do analýzy a strategického plánování, jasně pochopit, jakým směrem se bude průmysl dále vyvíjet. A to by mělo být založeno na správné analýze.

Špatná zpráva je, že jsme opravdu zapomněli na pojem „kritické kovy“, na to, co je potřeba pro rozvoj jaderného průmyslu, pro jeho nepřetržitý provoz. V mém chápání je velmi potřeba yttrium, berylium, lithium, velmi potřebná je středně těžká skupina - to jsou neodym, praseodym, dysprosium. Tyto prvky jsou opravdu potřeba na dalších 5-10-15 let. Ano, rozhodli jsme se, že tyto prvky potřebujeme. Položím jednoduchou otázku: pánové šéfové, pánové technologové, dostali jsme tyto prvky. Co s nimi budeme dělat? Máme sekundární průmysl připravený vyrábět produkty z těchto prvků? Kdo bude dělat, pokud existují tyto podniky? Nejprve nám mohou říct, že ano, vyrobili jsme prototypy. Otázka je jiná. Udělal jsi něco, co je konkurenceschopné? Tento produkt je ruský a bude to produkt, který je svými vlastnostmi lepší než německý a tak dále? Je to jako televize. Pro vás, jako spotřebitele, dáme ruský televizor a japonský televizor. Jsem si jistý, že si koupíte japonštinu. To je otázka – je průmysl připraven používat vzácné zeminy správně a správným směrem. Jsme připraveni z nich vyrobit konkurenceschopný produkt nebo jsme vyrobili vzácné zeminy, které prodáme na trhu? Čína s našimi vzácnými zeminami nás na trh nepustí. Existuje komplex problémů, které musíme komplexně řešit, ale pouze deklarujeme.

Ale mnohem horší je stárnutí personálu, potenciálu na ministerstvu, ve státní korporaci. A to je bohužel patrné zejména u divize surovin. A právě divize surovin je páteří. Pokud nemáte suroviny, tak nebude z čeho něco vyrobit. Železo lze postavit, ale jak lze železo napájet? Neříkáme nadarmo, že je třeba přemýšlet a uvažovat o rozmanitosti zdrojů surovin, včetně thoria. Spolu s tím by se nemělo zapomínat na uran, nemělo by se zapomínat na nahromaděné zásoby (přírodní složka 238 v různých formách). To vše by mělo být použito v úzce zaměřeném, kompetentním, normálním, uzemněném segmentu, v různých verzích. Nemůžete poslat absolventa Harvardu do dolu nebo právníka do hutnické dílny. Tam nepůjdou. A kdo teď takové specialisty školí? Na Uralu existoval celý průmysl přímo spojený s ministerstvem stavby středních strojů, chemické inženýrství. Nejvýkonnější závody chemického inženýrství na Uralu.

Výhody použití thoria:

+ Ziskovost. Thorium potřebuje k výrobě stejného množství energie asi polovinu uranu.

+ Bezpečnost. Jaderné reaktory na thoriové palivo jsou bezpečnější než reaktory na uran, protože thoriové reaktory nemají žádnou rezervu reaktivity. Žádné poškození zařízení reaktoru proto nemůže způsobit neřízenou řetězovou reakci.

+ Pohodlí. Na bázi thoria je možné vytvořit reaktor, který nevyžaduje doplňování paliva.

Tři nevýhody použití thoria:

- Thorium je rozptýlený prvek, který netvoří vlastní rudy a ložiska, jeho těžba je dražší než uran.

- Otevírání monazitu (minerál obsahující thorium) je mnohem složitější proces než otevírání většiny uranových rud.

- Neexistuje žádná dobře zavedená technologie.

Je to paradoxní věc – dnes žádná univerzita v Rusku nevzdělává specialisty na chemické inženýrství. A jak se budou přístroje obecně navrhovat bez specialistů? Staří lidé odejdou. Hned přineste vzorek do VNIIKhT, nemá ho kdo řezat. Pokud se mýlím, napište, že se Valerij Konstantinovič mýlí. To bude správné a správné. Zde vás informujeme, že taková a taková univerzita připravuje. Budu jen rád, že jsem se mýlil, upřímně rád. Říkám to z vlastní zkušenosti. Nedávno jsem byl na Uralu a setkal jsem se s lidmi, kteří v této branži pracují, to jsou jejich slova. Řekli mi: "Za pět let můžete zapomenout, že v Rusku existoval takový průmysl jako chemické inženýrství."Jsou to lidé, kteří mají zkušenosti s návrhem a tvorbou zařízení pro chemické inženýrství: speciální sušárny, speciální pece, jednotky pro rozklad, pro chemický rozklad. Jedná se o speciální odvětví technologie, které zahrnuje práci s kyselinami za tepelných podmínek na tlakových nádobách.

Kde jinde se thorium používá?

1 Oxid thoria se používá k výrobě žáruvzdorné keramiky.

2 Kovové thorium se používá pro legování lehkých slitin, které jsou zvláště široce používány v letecké a raketové technice.

3 Vícesložkové slitiny na bázi hořčíku obsahující thorium se používají pro součásti proudových motorů, řízené střely, elektronická a radarová zařízení.

4 Thorium se používá jako katalyzátor v organické syntéze, krakování ropy, syntéze kapalného paliva z uhlí a hydrogenaci uhlovodíků.

5 Thorium se používá jako elektrodový materiál pro některé typy elektronek.

Proč potřebujete ředitele?

Byl jsem generálním ředitelem tří největších podniků Sredmash. Jsem na to hrdý a vím, jak se mezi mnou jako ředitelem podniku, vedoucím ústřední rady a ministrem budoval vztah. Rozhodoval jsem se v rámci financí a kompetencí, které jsem měl. A byl jsem za to zodpovědný. Dělali jsme rozhodnutí, testovali jsme. Odůvodněné? Ano. Ale zvládli jsme to. Na základě toho všeho jsme pak odůvodnili a dokázali potřebu takových rozhodnutí. Musíme to udělat, musíme to zavést, je to v logice rozvoje odvětví, je to nutné a tak dále. Nyní všichni čekají na tým z Moskvy, co máme dělat?

Jakýkoli systém vztahů, jakýkoli systém v průmyslu, v národním hospodářství a kdekoli jinde - to je systém důvěry. Pokud postavíte ředitele, pak a) to znamená, že mu důvěřujete, b) pokud mu důvěřujete, dáte mu určitý rámec pro volný pohyb. Jenže ředitel, velitel, který je zodpovědný za výrobu, za lidi, za bezpečnostní opatření, za plnění plánu, za milion všech funkcí, nemůže neustále volat z Moskvy a kárat: „to nedělej, ne „Nedívej se sem, nechoď tam“. Pokud se něco stane ve výrobě, bude za to zodpovědný režisér a ne ten, kdo ho táhne z Moskvy. Nyní si ředitel podniku, promiňte, nemůže koupit mýdlo. Všechno jde přes Moskvu, přes výběrová řízení. Ale pokud ano, proč potřebujete režiséra? Odstraňte ho a přikažte z Moskvy, co je třeba udělat.

Je to otázka času

Vědcům, kteří se vážně zabývají rychlými reaktory, je zcela jasné, že skutečné spuštění je naplánováno na rok 2030. Předtím nikdo nic neplánuje. Problémů je spousta. Roztavené olovo je žíravá kapalina. Proudění olova v chladicích trubicích je otázkou otázek: co se děje na rozhraní, jaké jsou vlastnosti mezních vrstev, jak se mění přenos hmoty a prostup tepla, otázky, otázky, otázky. Faktem je, že mezní vrstvy mají úplně jiné fyzikálně-chemické vlastnosti, jsou tam úplně jiné koeficienty přestupu hmoty, přestupu tepla atd. Olovo musí být určité kvality, s požadovaným obsahem kyslíku. Otázek je mnoho. Existují odpovědi na tyto otázky? Nevím. Potřebujeme čísla, výpočty.

Co se týče thoria, vše záleží na tom, jak to zorganizujeme, jak to konstruktivně zařídíme, jakou logistiku a kdo bude projekt řídit. Pokud to kompetentně zvládneme, vybereme specialisty zapálené pro myšlenku energie thoria, vyčleníme finance, speciální výzkumný reaktor pouze pro tyto účely, s výrobou paliva, myslím, že splníme praktické výsledek v poměrně krátké době, jako tomu bylo ve čtyřicátých a padesátých letech… Laboratoře již udělaly významnou část práce na fyzice jádra, na zpracování monazitu se selektivním uvolňováním thoria a na výrobě vzácných zemin. Vše, co bylo uděláno dříve, musí být shromážděno, analyzováno a shromážděno v rámci pracovní skupiny pro rozvoj energie thoria. A práce.