Ториевата енергия в Русия и бъдещето на супертехнологиите

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Валерий Константинович Ларин, един от водещите световни експерти по ториева енергия, член на експертния съвет на списание Редки земи, доктор на техническите науки, бивш главен изпълнителен директор на няколко от най-големите предприятия на Средмаш, на кодекса на доверие, нов възможности в развитието на Арктика, еволюцията и светлото бъдеще на ядрената енергетика, което не може да си представим без използването на уникален елемент - торий.

Какво е торий? Какви са неговите плюсове и минуси? Защо торий вече е избран в други страни? последни разговори преди голямото шоу, за което може да не получим покана, ако днес пропуснем шанса си да създадем ториева супертехнология за новата технологична ера.

Торий като алтернатива на урана

Торият е няколко пъти по-разпространен в земната кора от естествения уран. Торият и един от изотопите, присъстващи в него, уран-232, могат да бъдат доста ефективен източник в ядрената енергия вместо широко използваното гориво на базата на 235-ия изотоп на урана. Ториевата енергия има редица колосални предимства. Кои? Първо, безопасност: няма излишна реактивност в реактор, използващ торий като батерия. Това е гаранция за неповторяване на такива ужасни бедствия като Остров Три мили в Америка, като Чернобил, като Фокушима. Дори академик Лев Феоктистов пише, че всеки ядрен реактор, работещ в днешната конфигурация и технология, има луда излишна активност. Всъщност в един реактор има няколко десетки или дори стотици бомби, което ни принуждава да вземем много сериозни мерки за защита: капани, специални конструкции и т.н., което, разбира се, значително оскъпява производството и поддръжката. Второто предимство на ториевата енергия е, че няма проблеми с изхвърлянето на отпадъци. Принудени сме да презареждаме гориво в сегашните реактори на VVER на всеки година и половина. Това са 66 тона активно вещество, което трябва да се зареди еднократно. Освен това степента на изгаряне не е толкова висока, остават много отпадъци, което е изпълнено с редица трудности. Имам предвид вторичното изхвърляне на активни елементи, плутоний се произвежда в големи количества. Ториевата енергия не притежава всичко това. Защо? Торият има много по-дълъг период на полуразпад – на практика десет години или повече. Това осигурява по-ефективно използване, по-ниски разходи за разтоварване и разтоварване, увеличен коефициент на капацитет и т.н. Да, трябва да се признае, че поради различния период на полуразпад на тория се образуват други актиниди, по-активни, но на настоящия етап този проблем е напълно разрешим. Но има и големи плюсове. Съгласете се, има разлика: година и половина и десет години?

Основният минерал, съдържащ торий, е монацитът, който съдържа редкоземни елементи. Ето защо, когато говорим за тория като гориво за бъдеща енергия, като следващ етап от развитието на ядрената енергетика, естествено ще говорим за сложната обработка на монацитните суровини и отделянето на редкоземни елементи – това по същество прави използването на торий търговски по-икономичен и атрактивен. Има много сериозен потенциал за развитие на енергетиката, икономиката, минната индустрия. Торият се намира в Русия под формата на монацитни пясъци. Тази технология трябва да бъде индустриално разработена, тествана и, най-важното, рентабилна. Всичко може да се направи в лабораторията.

Проблемът с намирането на находища на торий е подобен на проблема с намирането на находища на редкоземни метали – способността му да се концентрира е слаба, а торият е много неохотен да се събира във всякакви значителни находища, тъй като е много разпръснат елемент от земната кора. Торият присъства в малки количества в гранит, почва и почва. Торият обикновено не се добива отделно; той се извлича като страничен продукт по време на добива на редкоземни елементи или уран. В много минерали, включително монацит, торият лесно замества редкоземния елемент, което обяснява афинитета на тория с редкоземните елементи.

торий(Торий), Th е химичен елемент от III група на Периодичната система, първият член на групата на актинидите. През 1828 г., анализирайки рядък минерал, открит в Швеция, Йенс Якоб Берцелиус открива в него оксид на нов елемент. Този елемент е наречен торий в чест на всемогъщото скандинавско божество Тор (Тор е колега на Марс и Юпитер, богът на войната, гръмотевиците и светкавиците). Берцелиус не успява да получи чист метален торий. Чист препарат от торий е получен едва през 1882 г. от друг шведски химик, откривателят на скандия, Ларс Нилсон. Радиоактивността на тория е открита през 1898 г. независимо един от друг едновременно от Мария Склодовска-Кюри и Херберт Шмид.

Трябва да развиваме собствено производство

По едно време бяха написани доклади до Ефим Павлович Славски и Игор Василиевич Курчатов, че е необходимо да се премине към цикъла на тория. И ториева енергетиката беше експериментално извършена: реактори работеха в Маяк и в Германия. Но в същото време беше необходимо да се разработи военна посока, свързана с енергетиката, и съответно работа върху плутоний, а програмата за торий беше замразена. Следователно решението, което беше взето от нашия президент, че е необходимо да се започне работа в тази посока, да се засили и може би дори да се ускори, е много правилно и навременно. Днес никой няма да ни даде втори шанс. Китай, Индия и скандинавските страни имат много сериозна програма за торий. Скоро всички ще стигнат толкова далеч, че няма да настигнем никого. Китай стигна толкова далеч в развитието на индустрията за редкоземни елементи със собствена рудна база, че няма да плашим Китай с това днес. Можехме да настигнем Китай и трябваше да направим всичко, така че Китай от нас поне една стъпка, две да остане на заден план в ядреното инженерство, в ядрените технологии. Но за съжаление и тук отстъпваме. Китай няма търпение да влезе на пазара със своите ядрени реактори, със собствена технология. И мога да ви уверя, че предвид позицията, която имаме сега, ще загубим тази битка.

Те вече предлагат реактори с ниска мощност и, за съжаление, ще индустриализират плаващите реакторни централи по-бързо от нас - нашите другари-министери имат голям интерес към тези реактори, вместо да развиват собствено производство. Трябва да се развиваме. Например газовите реактори, високотемпературните реактори с газово охлаждане са всъщност много обещаващо направление. Но по някаква причина ние също правим това много бавно, плахо, инертно.

За съжаление през 90-те години бяхме доминирани от идеологията, че е по-лесно и по-евтино да купуваме редкоземни елементи, например в Китай, отколкото да правим собствен продукт.

Колко струва ново гориво

Производителите са консерватори. И консерватизмът им е оправдан. Философията на производствения работник е ясна: имам добре работещо производство, работя, отговарям за плана, за производството, за хората, които работят. Всяка иновация ми носи рискове. Рискове от нещо ново, което трябва да се преживее, и в същото време винаги са възможни някои неизправности, наслагвания и т.н. Трябва ли ми? Предпочитам да живея в мир. Следователно конфликтът на такива интереси: развитие, популяризиране на новото и гледната точка на консервативен производствен работник, винаги е бил, е и ще бъде. Друго нещо е, че е необходимо да го преодолеем рационално.

Днес има разновидности на ураново гориво: нитрид, керамика, гориво с добавка на редкоземни елементи. Много голям брой опции. И това без никакви разходи ли се прави, без пари? Абсолютно не. За да се получи ново гориво на базата на торий, е необходимо да се разработи технология за производство на тези материали. И преди да кажем, че ториевата енергия е много по-скъпа от урана, трябва да направим едно просто нещо – сравнителен икономически анализ. Например, ако се използва стопилка на ториев флуорид като гориво за реактор, струва ми се, че не е толкова скъпо да се получат ториевите флуориди. Ако получим гориво под формата на сферични елементи - това е вторият вариант, керамика - третият вариант. Освен това тук говорим на първо място за суровини, за монацит, а въпросът за цената ще бъде определен, като се вземе предвид сложното използване. Тоест, извличането на цялото количество редкоземни елементи, уран и цирконий от монацит - всичко това сериозно ще намали разходите за производство на гориво на базата на торий.

Малко за бързите реактори. Няма значение по каква технология, на какъв реактор, в какъв вариант на дизайна да се използват бързи неутрони, да се запали естествен материал - в едно или друго количество все пак ще се генерират отпадъци. И отпадъците трябва да се рециклират. Ако говорим за чистота на методологията и концепциите, като такава няма и не може да има затворен цикъл. Но при опцията за енергия от торий ще има по-малко активни отпадъци, които трябва да бъдат рециклирани.

Убеден съм, че във всеки случай постепенно ще преминем към ториева енергия, особено след като последните изследвания и изчисления на физици от Томския политехнически университет, теоретично изчисление на ядрото, показват, че еволюционният преход към енергия от торий е възможен по отношение на светлината -водни реактори. Тоест не веднага революция, а постепенно прехвърляне на активната зона на съществуващите леководни реактори с частична подмяна на активната зона от ураново гориво на торий.

Преди да окачите печати, че това е лошо, а това е добре, трябва сериозно да се заемете с истинския бизнес. Да кажем, че правим няколко горивни пръта и пускаме всичко на тестови стендове. Премахнете всички характеристики на ядрената физика. Трябва да се направят много изследвания, и то в дългосрочен план. И колкото повече отлагаме, аргументирайки се, че е трудно и трудно, толкова повече ще изоставаме в развитието. Трябва да направите всичко навреме. По едно време Sredmash се занимаваше с това, получаваше метален торий в нашите предприятия и тези технологии бяха налични. Необходимо е да се повдигне старият опит, стари доклади, сигурно всички са запазени в архивите и експертите ще го намерят. Предвид направеното и новите възможности е необходимо да продължим цялото това нещо.

Някои находища на торий в Русия:

• Туган и Георгиевское (област Томск)

• Ординское (Новосибирска област)

• Ловозерское и Хибинское (Мурманска област)

• Улуг-Танзекское (Република Тива)

• Кийское (Красноярска територия)

• Тарское (област Омск)

• Томторское (Якутия)

Торий за Арктика и извън нея

Има огромна нужда от серийни мобилни и стационарни електроцентрали със свръхниска и ниска мощност (от 1 до 20 MW), които могат да се използват като източници на енергия и топлина при развитието на северните територии, разработването на нови находища там, както и в снабдяването с електричество на отдалечени военни гарнизони и големи военноморски бази в Северния и Тихоокеанския флот. Тези инсталации трябва да имат възможно най-дълъг период на работа без презареждане на ядрено гориво, по време на тяхната работа не трябва да се натрупва плутоний, трябва да са лесни за поддръжка. Те не могат да работят в цикъла уран-плутоний, тъй като плутоният се натрупва по време на неговото използване. В този случай обещаваща алтернатива на урана е използването на торий.

Енергийният проблем в Арктика е проблем номер едно. И това трябва да се разглежда абсолютно ясно. Точно сега, в Жодино, нашите скъпи беларуски приятели направиха най-големия в света БелАЗ с товароносимост 450 тона. За да работи нормално този "БелАЗ", всичките му колела се задвижват отделно, за всяко колело има отделен двигател. Но за да получите електричество, има два огромни дизела, които задвижват електрически генератори, те разпределят всичко на тези електродвигатели. Да направим малък ториев реактор и не е нужно да се монтира директно на този БелАЗ. Можете да направите различни опции. Например, би било много ефективно да се използват ториеви реактори с ниска мощност за производство на водород. И прехвърлете всички двигатели на водород. В това отношение теоретично получаваме брилянтна картина, защото когато изгаряме водород, получаваме вода. Абсолютно "зелена" енергия, за която всеки мечтае. Или ще направим атомни електроцентрали на базата на реактори с ниска мощност. С по-нататъшното развитие и изследване на Арктика мобилните местни реактори, реакторни инсталации с ниска мощност ще дадат, от моя гледна точка, луд национален икономически ефект. Просто луд. Те трябва да са точно мобилни, локални, мобилни. И мисля, че не е толкова трудно да се направят реактори с ниска мощност на торий с период на зареждане от десет години или повече в Арктика. Да, възможно е да се правят реактори с ниска мощност, използвайки съществуващите технологии: нека вземем реакторите, които имаме във флота, на подводници и кораби с ядрено задвижване. Да ги сложим. Да започнем да експлоатираме. Всичко това може да се направи. Но трудностите при експлоатация и извеждане от експлоатация, товарене, разтоварване и отстраняване в суровите условия на северните ширини значително ще усложнят използването на този тип инсталация.

Друг илюстративен пример. В огромните якутски кариери на Алроса, в минните подразделения на Лебедински ГОК, при добив на желязна руда използваме тежкотоварни БелАЗ или Caterpillars и има голям проблем с проветряването на кариерите от изгорели емисии и след масивни експлозии за разрушаване на руда. Какво се прилага? До двигатели на самолети хеликоптери, но те също работят с изкопаеми горива, керосин и др., от своя страна се получава вторично замърсяване на кариерата. При преминаване към превозни средства с реактори на базата на торий не е необходимо да се проветряват открити рудници, не са необходими складове за горива и смазочни материали и др.

За мен е шок, когато Русия, правоприемник на Съветския съюз, не е в състояние да осигури на ядрената си индустрия естествен компонент, уранови суровини. Не разбирам това, но бях възпитан в старо училище и не работех никъде, освен в Средмаш. Не е шега, преди време, ако се съди по официалните източници на Росатом, бяхме принудени да купуваме суровини в Австралия.

Те казват, че руските предприятия са нерентабилни, но защо в този случай подобни предприятия в Украйна, където също подземният добив и съдържанието на метал в руда, подобно на нашето, са печеливши? Вероятно е дошла нуждата, държавата трябва да има държавни резерви от стратегически материали за развитието на ядрената енергетика, както и за индустрията като цяло. Имайки предвид подобни трикове, които се извършват (санкции и т.н.), във всеки един момент можем да бъдем поставени в много, много неудобно, зависимо положение.

Там, където става дума за принципни въпроси, за сигурността на държавата, не само от гледна точка на отбранителната способност, държавната сигурност е обемно и огромно понятие и не става дума само за оръжия. Това са храна и други стратегически неща.

Къде е централата на анализаторите и специалистите?

Струва ми се, че във всяко министерство трябва да има нещо като щаб на анализатори, съветници, сиви кардинали, ако искате, наричайте ги както искате, които трябва да анализират огромно количество информация и да отделят житото от плявата, определяйки стратегията за развитие. За съжаление, особено днес, решенията често се вземат без подходящ анализ. Ръководството на индустрията трябва да се занимава с анализи и стратегическо планиране, ясно да разбере в каква посока ще се развива индустрията. И това трябва да се основава на правилните анализи.

Лошата новина е, че наистина забравихме за понятието "критични метали", за това какво е необходимо за развитието на ядрената индустрия, за нейната непрекъсната работа. Според мен итрий, берилий, литий са много необходими, средно тежка група е много необходима - това са неодим, празеодим, диспрозий. Тези елементи наистина са необходими за следващите 5-10-15 години. Да, ние решихме, че имаме нужда от тези елементи. Ще задам прост въпрос: господа шефове, господа технолози, ние получихме тези елементи. Какво ще правим с тях? Имаме ли вторична индустрия, готова да прави продукти от тези елементи? Кой ще прави, ако има тези бизнеси? Първо, те могат да ни кажат, че да, направихме прототипи. Въпросът е друг. Правили ли сте нещо, което е конкурентно? Този продукт е руски и ще бъде ли продукт, който е по-добър по своите характеристики от немския и т.н.? Това е като телевизор. За вас, като потребител, ще поставим руски телевизор и японски телевизор. Сигурен съм, че ще купите японски. Това е въпросът - готова ли е индустрията да използва редкоземните елементи правилно и в правилната посока. Готови ли сме да направим от тях конкурентен продукт или сме произвели редкоземни елементи, които да продаваме на пазара? Китай с нашите редкоземни елементи няма да ни пусне на пазара. Има комплекс от проблеми, които трябва да решим комплексно, но ние само декларираме.

Но много по-лошо е застаряването на кадрите, потенциала в министерството, в държавната корпорация. И това, за съжаление, е особено очевидно в раздела за суровини. А подразделението на суровините е гръбнакът. Ако нямате суровини, тогава няма да има от какво да направите нещо. Желязото може да се строи, но как може да се храни желязото? Не напразно казваме, че трябва да мислим и обмисляме разнообразието от източници на суровини, включително торий. Заедно с това не бива да се забравя за урана, не трябва да се забравят натрупаните запаси (природен компонент 238 в различни форми). Всичко това трябва да се използва в тясно фокусиран, компетентен, нормален, заземен сегмент, в различни версии. Не можеш да изпратиш завършил Харвард в мина, нито адвокат в металургичен цех. Те няма да отидат там. И кой сега обучава такива специалисти? В Урал имаше цяла индустрия, пряко свързана с Министерството на средното машиностроене, химическото инженерство. Най-мощните заводи за химическо инженерство в Урал.

Предимства на използването на торий:

+ рентабилност. Торият се нуждае от около половината от урана, за да произведе същото количество енергия.

+ Безопасност. Ядрените реактори, захранвани с торий, са по-безопасни от реакторите с уран, тъй като ториевите реактори нямат граница на реактивност. Следователно, никаква повреда на оборудването на реактора не е в състояние да причини неконтролирана верижна реакция.

+ Удобство. На базата на торий е възможно да се създаде реактор, който не изисква презареждане.

Три недостатъка на използването на торий:

- Торият е разпръснат елемент, който не образува собствени руди и находища, добивът му е по-скъп от урана.

- Отварянето на монацит (минерал, който съдържа торий) е много по-сложен процес от отварянето на повечето уранови руди.

- Няма добре установена технология.

Парадоксално е – днес нито един университет в Русия не обучава специалисти по химическо инженерство. И как изобщо ще се проектират устройствата без специалисти? Старите хора ще си тръгнат. Донесете проба във VNIIKhT сега, няма кой да я изреже. Ако греша, пишете, че Валери Константинович греши. Това ще бъде правилно и правилно. Тук ви информираме, че такъв и такъв университет се подготвя. Ще се радвам само, че съм се объркал, искрено се радвам. Казвам го от личен опит. Наскоро бях на Урал и се срещнах с хора, които работят в този бранш, това са техните думи. Казаха ми: „За пет години можеш да забравиш, че в Русия е имало индустрия като химическото инженерство“. Това са хора, които имат опит в проектирането и създаването на устройства за химическо инженерство: специални сушилни, специални пещи, агрегати за разлагане, за химическо разлагане. Това е специален клон на технологията, който включва работа с киселини, при топлинни условия, върху съдове под налягане.

Къде другаде се използва торий?

1 Ториевият оксид се използва за производството на огнеупорна керамика.

2 Металният торий се използва за легиране на леки сплави, които са особено широко използвани в авиацията и ракетната техника.

3 Многокомпонентните сплави на магнезиева основа, съдържащи торий, се използват за части от реактивни двигатели, управляеми снаряди, електронно и радарно оборудване.

4 Торият се използва като катализатор при органичен синтез, крекинг на нефт, синтез на течно гориво от въглища и хидрогениране на въглеводороди.

5 Торият се използва като електроден материал за някои видове вакуумни тръби.

Защо ви трябва режисьор?

Бях генерален директор на трите най-големи предприятия на Средмаш. Гордея се с това и знам как се изградиха отношенията между мен като директор на предприятието, шеф на централния борд и министър. Взех решения в рамките на финансирането и компетенциите, които имах. И аз бях отговорен за това. Взехме решения, направихме тестове. Оправдано? да. Но го направихме. Тогава на базата на всичко това ние обосновахме и доказахме необходимостта от такива решения. Трябва да направим това, трябва да го приложим, това е в логиката на развитието на индустрията, необходимо е и т.н. Сега всички чакат отбора от Москва, какво да правим?

Всяка система от взаимоотношения, всяка система в индустрията, в националната икономика и навсякъде другаде - това е система на доверие. Ако поставите режисьора, тогава а) това означава, че му вярвате, б) ако му вярвате, му давате определена рамка за свободно плаване. Но директорът, командирът, който отговаря за производството, за хората, за мерките за безопасност, за изпълнението на плана, за милион от всички функции, не може постоянно да се обажда от Москва и да порицава: „Не прави това, доне не гледай тук, не отивай там”. Ако нещо се случи в производството, режисьорът ще носи отговорност, а не този, който го дърпа от Москва. Сега директорът на предприятието, извинете ме, не може да си купи сапун. Всичко минава през Москва, чрез търгове. Но ако е така, защо ви е нужен режисьор? Махнете го и командвайте от Москва какво трябва да се направи.

Въпрос на време е

Учените, които се занимават сериозно с бързи реактори, са напълно ясни, че действителният пуск е планиран за 2030 г. Преди никой нищо не планира. Има много проблеми. Разтопеното олово е корозивна течност. Потокът на олово в охладителните тръби е въпрос на въпроси: какво се случва на интерфейса, какви са характеристиките на граничните слоеве, как се променят преноса на маса и топлина, въпроси, въпроси, въпроси. Факт е, че граничните слоеве имат напълно различни физикохимични свойства, има напълно различни коефициенти на масопренос, топлопреминаване и пр. Оловото трябва да е с определено качество, с необходимото съдържание на кислород. Има много въпроси. Има ли отговори на тези въпроси? Не знам. Нуждаем се от числа, изчисления.

Що се отнася до тория, всичко зависи от това как го организираме, как ще го подредим конструктивно, каква логистика и кой ще управлява проекта. Ако успеем да направим това компетентно, ще изберем специалисти, които са запалени по идеята за ториевата енергия, ще разпределим финансиране, специален изследователски реактор само за тези цели, с производство на гориво, мисля, че ще изпълним практическите резултат за доста кратко време, както беше през четиридесетте и петдесетте… Лабораториите вече са свършили значителна част от работата по физиката на ядрото, по обработката на монацит със селективно освобождаване на торий и производството на редкоземни елементи. Всичко, което е направено преди, трябва да бъде натрупано, анализирано и събрано в рамките на работната група за развитие на ториевата енергия. И работа.