Thoriumenergi i Russland og fremtiden til superteknologi

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Valery Konstantinovich Larin, en av verdens ledende eksperter på thoriumenergi, medlem av ekspertrådet til Rare Lands magazine, Doctor of Technical Sciences, tidligere administrerende direktør for flere av de største foretakene i Sredmash, om tillitskodeksen, ny muligheter i utviklingen av Arktis, evolusjon og den lyse fremtiden for atomkraft, som ikke kan forestilles uten bruk av et unikt element - thorium.

Hva er thorium? Hva er dens fordeler og ulemper? Hvorfor er thorium allerede valgt i andre land? siste samtaler før det store showet, som vi kanskje ikke får en invitasjon til hvis vi i dag går glipp av sjansen vår til å lage thorium-superteknologi for den nye teknologiske æra.

Thorium som et alternativ til uran

Thorium er flere ganger mer rikelig i jordskorpen enn naturlig uran. Thorium og en av isotopene som finnes i det, uran-232, kan være en ganske effektiv kilde innen kjernekraft i stedet for det mye brukte drivstoffet basert på den 235. isotopen av uran. Thoriumenergi har en rekke kolossale fordeler. Hvilke? For det første sikkerhet: det er ingen overdreven reaktivitet i en reaktor som bruker thorium som batteri. Dette er en garanti for ikke-gjentakelse av slike forferdelige katastrofer som Three Mile Island i Amerika, som Tsjernobyl, som Fokushima. Selv akademiker Lev Feoktistov skrev at enhver atomreaktor som opererer i dagens konfigurasjon og teknologi har en vanvittig overflødig aktivitet. Faktisk er det flere dusin eller til og med hundrevis av bomber i en reaktor, noe som tvinger oss til å ta svært alvorlige tiltak for beskyttelse: feller, spesialdesign og så videre, noe som selvfølgelig øker kostnadene for produksjon og vedlikehold betraktelig. Den andre fordelen med thoriumenergi er at det ikke er noen problemer med avfallshåndtering. Vi er tvunget til å lade om drivstoff i dagens VVER-reaktorer hvert halvannet år. Dette er 66 tonn aktivt stoff, som må lastes en gang. Dessuten er ikke graden av utbrenthet så høy, det er mye avfall igjen, noe som er beheftet med en rekke vanskeligheter. Jeg mener sekundær deponering av aktive elementer, plutonium produseres i store volumer. Thorium energi har ikke alt dette. Hvorfor? Thorium har mye lengre halveringstid – i praksis ti år eller mer. Dette gir mer effektiv bruk, lavere kostnader for lossing og lossing, økt kapasitetsfaktor, og så videre. Ja, det må innrømmes at på grunn av den forskjellige halveringstiden til thorium, dannes andre aktinider, mer aktive, men på det nåværende stadiet er dette problemet ganske løses. Men det er også store plusser. Enig, det er forskjell: ett og et halvt år og ti år?

Det viktigste mineralet som inneholder thorium er monazitt, som inneholder sjeldne jordarter. Derfor, når vi snakker om thorium som et brensel for fremtidig energi, som neste trinn i utviklingen av kjernekraft, vil vi naturligvis snakke om den komplekse behandlingen av monazittråmaterialer og separasjonen av sjeldne jordarter - dette gjør i hovedsak bruk av thorium kommersielt mer økonomisk og attraktivt. Det er et svært alvorlig potensial for utvikling av energi, økonomi og gruveindustrien. Thorium finnes i Russland i form av monazittsand. Denne teknologien må være industrielt utviklet, testet og, viktigst av alt, kostnadseffektiv. Alt kan gjøres i laboratoriet.

Problemet med å finne thoriumforekomster ligner på problemet med å finne forekomster av sjeldne jordmetaller - dens evne til å konsentrere seg er svak, og thorium er svært motvillig til å samle seg i noen betydelige forekomster, og er et veldig spredt element i jordskorpen. Thorium finnes i små mengder i granitt, jord og jord. Thorium blir vanligvis ikke utvunnet separat; det utvinnes som et biprodukt under utvinning av sjeldne jordelementer eller uran. I mange mineraler, inkludert monazitt, erstatter thorium lett det sjeldne jordartselementet, noe som forklarer affiniteten til thorium med sjeldne jordarter.

Thorium(Thorium), Th er et kjemisk grunnstoff i III-gruppen i det periodiske systemet, det første medlemmet av aktinidgruppen. I 1828, ved å analysere et sjeldent mineral funnet i Sverige, oppdaget Jens Jakob Berzelius et oksid av et nytt grunnstoff i det. Dette elementet ble kalt thorium til ære for den allmektige skandinaviske guden Thor (Thor er en kollega av Mars og Jupiter, krigsguden, torden og lyn). Berzelius klarte ikke å skaffe rent metallisk thorium. Et rent preparat av thorium ble oppnådd først i 1882 av en annen svensk kjemiker, oppdageren av scandium, Lars Nilsson. Radioaktiviteten til thorium ble oppdaget i 1898 uavhengig av hverandre samtidig av Maria Sklodowska-Curie og Herbert Schmidt.

Vi må utvikle vår egen produksjon

På en gang ble det skrevet rapporter til Efim Pavlovich Slavsky og Igor Vasilyevich Kurchatov om at det var nødvendig å bytte til thoriumsyklusen. Og thoriumkraftteknikk ble eksperimentelt utført: reaktorer var i drift ved Mayak og i Tyskland. Men samtidig var det nødvendig å utvikle en militær retning knyttet til energi, og følgelig arbeid med plutonium, og thoriumprogrammet ble frosset. Derfor er beslutningen, som ble tatt av presidenten vår, om at det er nødvendig å starte arbeidet i denne retningen, styrke og kanskje til og med øke hastigheten, veldig riktig og betimelig. I dag vil ingen gi oss en ny sjanse. Kina, India og de skandinaviske landene har et svært seriøst thoriumprogram. Snart går alle så langt at vi ikke tar igjen noen. Kina har gått så langt i utviklingen av den sjeldne jordartsindustrien med egen malmbase at vi ikke vil skremme Kina med dette i dag. Vi kunne ta igjen Kina og måtte gjøre alt for at Kina fra oss, minst ett trinn, to ble holdt i bakgrunnen innen kjernefysisk ingeniørfag, innen kjernefysisk teknologi. Men dessverre viker vi også her. Kina er ivrig etter å komme inn på markedet med sine atomreaktorer, med sin egen teknologi. Og jeg kan forsikre deg om at gitt den posisjonen vi har nå, vil vi tape denne kampen.

De tilbyr allerede laveffektreaktorer og, trist nok til å innrømme, vil de industrialisere de flytende reaktoranleggene raskere enn oss – våre ministerkamerater er veldig interessert i disse reaktorene, i stedet for å utvikle egen produksjon. Vi må utvikle oss. For eksempel er gassreaktorer, høytemperatur gasskjølte reaktorer faktisk en veldig lovende retning. Men av en eller annen grunn gjør vi dette også veldig sakte, engstelig, inert.

Dessverre ble vi gjennom hele 1990-tallet dominert av ideologien om at det er enklere og billigere å kjøpe sjeldne jordarter, for eksempel i Kina, enn å lage vårt eget produkt.

Hvor mye koster nytt drivstoff

Produsentene er konservative. Og deres konservatisme er berettiget. Filosofien til produksjonsarbeideren er klar: Jeg har en velfungerende produksjon, jeg jobber, jeg har ansvar for planen, for produksjonen, for menneskene som jobber. Enhver innovasjon gir meg risiko. Risiko for noe nytt, som må oppleves, og samtidig noen funksjonsfeil, overlegg og så videre er alltid mulig. Trenger jeg det? Jeg vil heller leve i fred. Derfor er konflikten mellom slike interesser: utvikling, fremme av det nye og synspunktet til en konservativ produksjonsarbeider, det har alltid vært, er og vil være. En annen ting er at det er nødvendig å overvinne det rasjonelt.

I dag er det varianter av uranbrensel: nitrid, keramikk, drivstoff med tillegg av sjeldne jordarter. Et veldig stort antall alternativer. Og gjøres dette uten kostnad, uten penger? Absolutt ikke. For å få et nytt drivstoff basert på thorium, er det nødvendig å utvikle en teknologi for fremstilling av disse materialene. Og før vi sier at thoriumenergi er mye dyrere enn uran, må vi gjøre en enkel ting - en komparativ økonomisk analyse. Hvis for eksempel en smelte av thoriumfluorid brukes som brensel for en reaktor, ser det ut til at det ikke er så dyrt å skaffe thoriumfluorider. Hvis vi mottar drivstoff i form av sfæriske elementer - dette er det andre alternativet, keramikk - det tredje alternativet. Dessuten snakker vi her først og fremst om råvarer, om monazitt, og spørsmålet om pris vil bli bestemt under hensyntagen til den komplekse bruken. Det vil si utvinning av hele mengden sjeldne jordarter, uran og zirkonium fra monazitt - alt dette vil alvorlig redusere kostnadene ved å produsere drivstoff basert på thorium.

Litt om raske reaktorer. Det spiller ingen rolle med hvilken teknologi, på hvilken reaktor, i hvilken designversjon å bruke raske nøytroner, antenne et naturlig materiale - i en eller annen mengde vil avfall fortsatt genereres. Og avfallet skal gjenvinnes. Hvis vi snakker om renheten til metodikk og konsepter, er det som sådan ingen lukket syklus og kan ikke være det. Men i alternativet med thoriumenergi vil det være mindre aktivt avfall som må resirkuleres.

Jeg er overbevist om at vi uansett gradvis vil gå over til thoriumenergi, spesielt siden den siste forskningen og beregningene fra fysikere ved Tomsk Polytechnic University, teoretisk beregning av kjernen, viser at en evolusjonær overgang til thoriumenergi er mulig i forhold til lys -vannreaktorer. Det vil si ikke umiddelbart en revolusjon, men en gradvis overføring av kjernen til eksisterende lettvannsreaktorer med en delvis utskifting av kjernen fra uranbrensel til thorium.

Før du henger frimerker om at dette er dårlig, og at dette er bra, må du seriøst takle den virkelige virksomheten. La oss si at vi lager et par drivstoffstaver og kjører det hele på testbenker. Fjern alle kjernefysiske egenskaper. Mye forskning må gjøres, og langsiktig. Og jo lenger vi utsetter, og argumenterer for at det er vanskelig og vanskelig, jo mer vil vi henge etter i utviklingen. Du må gjøre alt i tide. På et tidspunkt var Sredmash engasjert i dette, mottok metallisk thorium i våre bedrifter, og disse teknologiene var tilgjengelige. Det er nødvendig å heve den gamle erfaringen, gamle rapporter, de er nok alle bevart i arkivene, og eksperter vil finne det. Med tanke på det som er gjort og nye muligheter er det nødvendig å fortsette hele denne greia.

Noen thoriumforekomster i Russland:

• Tugan og Georgievskoe (Tomsk-regionen)

• Ordynskoe (Novosibirsk-regionen)

• Lovozerskoe og Khibinskoe (Murmansk-regionen)

• Ulug-Tanzekskoe (republikken Tyva)

• Kiyskoe (Krasnoyarsk-territoriet)

• Tarskoe (Omsk-regionen)

• Tomtorskoe (Yakutia)

Thorium for Arktis og utover

Det er et stort behov for serielle mobile og stasjonære kraftverk med ultralav og lav effekt (fra 1 til 20 MW), som kan brukes som energi- og varmekilder i utviklingen av nordlige territorier, utvikling av nye forekomster der, samt å levere strøm til fjerntliggende militære garnisoner og store marinebaser i nord- og stillehavsflåtene. Disse installasjonene bør ha en så lang driftsperiode som mulig uten omlasting av kjernebrensel, under driften bør de ikke akkumulere plutonium, de skal være enkle å vedlikeholde. De kan ikke operere i uran-plutonium-syklusen, fordi plutonium akkumuleres under bruken. I dette tilfellet er bruken av thorium et lovende alternativ til uran.

Energiproblemet i Arktis er problemet nummer én. Og dette må håndteres helt klart. Akkurat nå, i Zhodino, har våre kjære hviterussiske venner laget verdens største BelAZ, med en bærekapasitet på 450 tonn. For at denne "BelAZ" skal fungere normalt, drives alle hjulsettene separat, det er en separat motor for hvert hjul. Men for å få strøm er det to enorme dieseler som driver elektriske generatorer, de distribuerer alt til disse elektriske motorene. La oss lage en liten thoriumreaktor, og den trenger ikke å installeres direkte på denne BelAZ. Du kan lage forskjellige alternativer. For eksempel vil det være svært effektivt å bruke laveffekts thoriumreaktorer til hydrogenproduksjon. Og overføre alle motorer til hydrogen. I denne forbindelse får vi teoretisk sett et strålende bilde, for når vi brenner hydrogen, får vi vann. Helt "grønn" energi som alle drømmer om. Eller vi skal lage atomkraftverk basert på laveffektreaktorer. Med den videre utviklingen og utforskningen av Arktis vil mobile lokale reaktorer, reaktorinstallasjoner med lav effekt gi, fra mitt ståsted, en vanvittig nasjonaløkonomisk effekt. Bare gal. De skal være akkurat mobile, lokale, mobile. Og jeg tenker at det ikke er så vanskelig å lage reaktorer med lav effekt på thorium med en påfyllingsperiode på ti år eller mer i Arktis. Ja, det er mulig å lage laveffektreaktorer ved å bruke eksisterende teknologi: la oss ta reaktorene som vi har i marinen, på ubåter og atomdrevne skip. La oss ta dem på. La oss begynne å utnytte. Alt dette kan gjøres. Men vanskeligheter med drift og avvikling, lasting, lossing og fjerning under de tøffe forholdene på nordlige breddegrader vil i stor grad komplisere bruken av denne typen installasjon.

Et annet illustrerende eksempel. I de enorme Yakut-bruddene i Alrosa, ved gruveunderavdelingene til Lebedinsky GOK, bruker vi kraftige BelAZ eller Caterpillars ved utvinning av jernmalm, og det er et stort problem med å lufte steinbruddene fra eksosutslipp og etter massive eksplosjoner for å bryte ned malm. Hva brukes? Opp til flyhelikoptermotorer, men de går også på fossilt brensel, parafin etc., i sin tur oppstår sekundær forurensning av steinbruddet. Ved bytte til kjøretøy med thoriumbaserte reaktorer er det ikke nødvendig å ventilere dagbrudd, drivstoff- og smøremiddellagre er ikke nødvendig osv.

Det er et sjokk for meg når Russland, den juridiske etterfølgeren til Sovjetunionen, ikke er i stand til å forsyne sin atomindustri med en naturlig komponent, uranråvarer. Jeg forstår ikke dette, men jeg ble oppvokst på en gammel skole og jobbet ikke andre steder enn Sredmash. Det er ingen spøk, for en tid siden, etter de offisielle kildene til Rosatom, ble vi tvunget til å kjøpe råvarer i Australia.

Russiske virksomheter, sier de, er ulønnsomme, men i dette tilfellet, hvorfor er lignende virksomheter i Ukraina, hvor også underjordisk gruvedrift og innholdet av metall i malm som ligner på vårt, lønnsomme? Sannsynligvis har behovet kommet, staten trenger å ha statlige reserver av strategiske materialer for utvikling av kjernekraft, så vel som for industrien generelt. Når vi tar i betraktning slike triks som finner sted (sanksjoner osv.), kan vi når som helst bli satt i en veldig, veldig ubehagelig, avhengig posisjon.

Der det handler om prinsipielle saker, om statens sikkerhet, ikke bare fra forsvarsevnen, er statssikkerhet et rikelig og enormt begrep, og det handler ikke bare om våpen. Dette er mat og andre strategiske ting.

Hvor er hovedkvarteret til analytikere og spesialister?

Det virker for meg at under ethvert departement bør det være et slags hovedkvarter for analytikere, rådgivere, grå kardinaler, hvis du vil, kall dem hva du vil, som skal analysere en enorm mengde informasjon og skille klinten fra hveten, definere utviklingsstrategien. Dessverre, spesielt i dag, tas beslutninger ofte uten skikkelig analyse. Ledelsen i bransjen bør være engasjert i analyser og strategisk planlegging, tydelig forstå i hvilken retning industrien vil utvikle seg videre. Og dette bør være basert på riktig analyse.

Den dårlige nyheten er at vi virkelig har glemt begrepet "kritiske metaller", om hva som trengs for utviklingen av atomindustrien, for dens uavbrutt drift. Etter min forståelse er yttrium, beryllium, litium sårt nødvendig, en middels tung gruppe er sårt nødvendig - disse er neodym, praseodym, dysprosium. Disse elementene er virkelig nødvendig for de neste 5-10-15 årene. Ja, vi har bestemt at vi trenger disse elementene. Jeg vil stille et enkelt spørsmål: herrer sjefer, herrer teknologer, vi mottok disse elementene. Hva skal vi med dem? Har vi en sekundærindustri klar til å lage produkter fra disse elementene? Hvem vil gjøre hvis det er disse virksomhetene? Først kan de fortelle oss at ja, vi har laget prototyper. Spørsmålet er annerledes. Har du gjort noe som er konkurransedyktig? Dette produktet er russisk og vil det være et produkt som er bedre i sine egenskaper enn tysk, og så videre? Det er som en TV. For deg som forbruker setter vi et russisk TV-apparat og et japansk TV-apparat. Jeg er sikker på at du vil kjøpe japansk. Det er spørsmålet - er industrien klar til å bruke sjeldne jordarter riktig og i riktig retning. Er vi klare til å lage et konkurransedyktig produkt av dem, eller har vi produsert sjeldne jordarter for å selge på markedet? Kina med våre sjeldne jordarter vil ikke slippe oss inn på markedet. Det er et kompleks av problemer som vi må løse på en omfattende måte, men vi erklærer bare.

Men mye verre er aldring av personell, potensialet i departementet, i det statlige selskapet. Og dette er dessverre spesielt tydelig i råvaredivisjonen. Og råvaredivisjonen er ryggraden. Hvis du ikke har råvarene, så vil det ikke være noe å lage noe av. Jern kan bygges, men hvordan kan jernet mates? Vi sier ikke forgjeves at vi trenger å tenke og vurdere mangfoldet av kilder til råvarer, inkludert thorium. Sammen med dette bør man ikke glemme uran, man bør ikke glemme de akkumulerte reservene (naturlig komponent 238 i forskjellige former). Alt dette bør brukes i et snevert fokusert, kompetent, normalt, jordet segment, i forskjellige versjoner. Du kan ikke sende en Harvard-utdannet til en gruve, eller en advokat til et metallurgisk verksted. De vil ikke gå dit. Og hvem utdanner slike spesialister nå? I Ural var det en hel industri direkte knyttet til departementet for mellomstor maskinbygging, kjemiteknikk. De kraftigste kjemiske ingeniøranleggene i Ural.

Fordeler med å bruke thorium:

+ Lønnsomhet. Thorium trenger omtrent halvparten så mye som uran for å produsere samme mengde energi.

+ Sikkerhet. Thoriumdrevne atomreaktorer er tryggere enn urandrevne reaktorer fordi thoriumreaktorer ikke har noen reaktivitetsmargin. Derfor er ingen skade på reaktorutstyret i stand til å forårsake en ukontrollert kjedereaksjon.

+ Bekvemmelighet. På grunnlag av thorium er det mulig å lage en reaktor som ikke krever påfylling.

Tre ulemper med å bruke thorium:

- Thorium er et spredt grunnstoff som ikke danner sine egne malmer og forekomster, utvinningen er dyrere enn uran.

- Å åpne monazitt (et mineral som inneholder thorium) er en mye mer kompleks prosess enn å åpne de fleste uranmalmer.

- Det er ingen veletablert teknologi.

Det er en paradoksal ting - i dag utdanner ingen universiteter i Russland spesialister i kjemiteknikk. Og hvordan skal enhetene designes generelt uten spesialister? De gamle vil gå. Ta med en prøve til VNIIKhT nå, det er ingen som klipper den. Hvis jeg tar feil, skriv at Valery Konstantinovich tar feil. Dette vil være riktig og riktig. Her informerer vi om at et slikt og et universitet forbereder seg. Jeg vil bare være glad for at jeg tok feil, oppriktig glad. Jeg sier dette av personlig erfaring. Jeg var nylig i Ural og møtte folk som jobber i denne industrien, dette er deres ord. De fortalte meg: "Om fem år kan du glemme at det fantes en industri som kjemiteknikk i Russland."Dette er personer som har erfaring med design og produksjon av enheter for kjemiteknikk: spesielle tørketromler, spesielle ovner, enheter for dekomponering, for kjemisk dekomponering. Dette er en spesiell gren av teknologi som innebærer arbeid med syrer, under termiske forhold, på trykkbeholdere.

Hvor ellers brukes thorium?

1 Thoriumoksid brukes til produksjon av ildfast keramikk.

2 Metallisk thorium brukes til legering av lette legeringer, som er spesielt mye brukt innen luftfart og rakettteknologi.

3 Multikomponent magnesiumbaserte legeringer som inneholder thorium brukes til deler av jetmotorer, guidede prosjektiler, elektronisk utstyr og radarutstyr.

4 Thorium brukes som katalysator i organisk syntese, oljekrakking, syntese av flytende brensel fra kull og hydrogenering av hydrokarboner.

5 Thorium brukes som elektrodemateriale for noen typer vakuumrør.

Hvorfor trenger du en regissør?

Jeg var daglig leder for de tre største foretakene i Sredmash. Jeg er stolt av dette og vet hvordan forholdet ble bygget mellom meg, som direktør i foretaket, sentralstyrelederen og statsråden. Jeg tok beslutninger innenfor rammen av finansiering og kompetanse som jeg hadde. Og jeg var ansvarlig for dette. Vi tok avgjørelser, vi kjørte tester. Rettferdiggjort? Ja. Men vi klarte det. Så, på bakgrunn av alt dette, begrunnet og beviste vi behovet for slike vedtak. Vi må gjøre dette, vi må implementere det, det ligger i logikken i industriens utvikling, det er nødvendig, og så videre. Nå venter alle på laget fra Moskva, hva skal vi gjøre?

Ethvert system av relasjoner, hvilket som helst system i industrien, i nasjonaløkonomien og hvor som helst ellers - dette er et tillitssystem. Hvis du setter regissøren, så betyr det a) at du stoler på ham, b) hvis du stoler på ham, gir du ham en viss ramme for fri flyt. Men direktøren, sjefen, som er ansvarlig for produksjon, for mennesker, for sikkerhetstiltak, for oppfyllelse av planen, for en million av alle funksjoner, kan ikke konstant ringe fra Moskva og irettesette: «Ikke gjør det, don 'ikke se her, ikke gå dit». Hvis det skjer noe i produksjonen, vil regissøren være ansvarlig, og ikke den som trekker ham fra Moskva. Nå kan ikke direktøren for bedriften, unnskyld meg, kjøpe et såpestykke. Alt går gjennom Moskva, gjennom anbud. Men i så fall, hvorfor trenger du en regissør? Fjern ham og befal fra Moskva hva som må gjøres.

Det er et spørsmål om tid

Forskere som er seriøst involvert i raske reaktorer er ganske klare på at selve oppstarten er planlagt til 2030. Før er det ingen som planlegger noe. Det er mange problemer. Smeltet bly er en etsende væske. Strømmen av bly i kjølerørene er et spørsmål om spørsmål: hva skjer ved grensesnittet, hva er egenskapene til grenselagene, hvordan masseoverføring og varmeoverføring endres, spørsmål, spørsmål, spørsmål. Faktum er at grenselagene har helt forskjellige fysisk-kjemiske egenskaper, det er helt forskjellige koeffisienter for masseoverføring, varmeoverføring osv. Bly må være av en viss kvalitet, med nødvendig oksygeninnhold. Det er mange spørsmål. Finnes det svar på disse spørsmålene? Vet ikke. Vi trenger tall, beregninger.

Når det gjelder thorium, avhenger alt av hvordan vi organiserer det, hvordan vi ordner det konstruktivt, hva slags logistikk og hvem som skal styre prosjektet. Hvis vi er i stand til å gjøre dette kompetent, vil vi velge spesialister som brenner for ideen om thoriumenergi, vi vil tildele midler, en spesiell forskningsreaktor kun for disse formålene, med drivstoffproduksjon, jeg tror vi vil møte det praktiske resultat på ganske kort tid, slik det var på førti- og femtitallet … Laboratoriene har allerede gjort en betydelig del av arbeidet med kjernefysikken, på behandlingen av monazitt med selektiv frigjøring av thorium og produksjon av sjeldne jordarter. Alt som er gjort før skal akkumuleres, analyseres og samles innenfor rammen av arbeidsgruppen for utvikling av thoriumenergi. Og jobb.