מבוא

בעוד הקהילה העולמית מגבירה את החיפוש שלה מקורות אנרגיה פחמן נמוך שיכולים לעמוד בביקוש לחשמל בסיס, כוח גרעיני נשאר מרכיב קריטי של השיחה, בעוד כור מים קונבנציונליים מועשרים אורניום שולט בצי הקיים, גוף גדל והולך של נקודות מחקר לעבר מחזור דלק חלופי המתמקד בדלקתיים המבוססים על ת'וריום, מושכים עניין מחודש מממשלות, מוסדות מחקר פרטיים וסיכון גבוה יותר, כי הם מספקים יתרוןים משפטיים גבוהים יותר של מערכות אבטחה, אשר מציבים את הפוטנציאל שלהם, כמעט, אשר מציבים את הצמיגים רדיואקטיביים, כמעט, קרוב לצמצום של ציוד אבטחה, קרוב למחסור, וספק, על בסיס קבוע, קריטריוני, קרוב למחסור, אספקת אספקת אספקת אספקת אספקת אספקת אספקת משאבים רדיואקטיביים, אספקת אספקת אספקת מטענים רדיואקטיביים, קרוב למחסור גבוה יותר, קרוב למחסור גבוה יותר, אספקת אספקת מטענים רדיואקטיביים, קרוב למחסור, קריטריטורי אבטחה, קרוב למחסור, קרוב למחסור, אספקת אספקת מטענים רדיואקטיביים, קרוב למחסור, קריטריטוריוני חשמל מודרני, קרוב למחסור, מטענים, קרוב למחסור, קרוב למחסור, מטענים רדיואקטיביים, קרוב למחסור, קרוב למחסור, אספקת אספקת אספקת

הבנת תוריום כדלק גרעיני

תוריום הוא מרכיב רדיואקטיבי מעט (מספר 90 אטומי) שהוא בערך שלוש עד ארבע פעמים בשפע יותר בקרום כדור הארץ מאשר אורניום.בניגוד אורניום, המכיל את האיזוטופ U-235 בתערובת הטבעית שלו, thorium קיים כמעט לחלוטין כמו מקור אנרגיה איזוטופת Th-232, אשר אינו שיתוק.

מחזור דלק thorium יכול להיות מופעל בספקטרום נויטרונים תרמי (מתמוך על ידי מתווך כמו גרפן או מים כבדים) או ספקטרום נויטרונים מהיר. בעיצובים ספקטרום תרמי, יעילות ההמרה מ-Th-232 עד U-233 יכול להיות גבוה מאוד, המוביל יחסי הרבייה התיאורטי קרוב לאחדות.זה אומר כור תלום יכול, באופן עקרוני, לייצר כמעט כמו פילאי, כמו צורך דלקים או צורך הפחתת מתקני קירור יקרים.

תוריום לעומת אורניום: סקירה השוואתית

ההבדל הבסיסי בין שני מחזורי הדלק נובע מאיפור האיזוטופי שלהם וכלכלת נויטרונים. כור אורניום אוראן מסתמכים על השבריר הקטנה של U-235 באורניום טבעי (0.7%) ולעתים קרובות דורשים העשרה ל-35%. כורי תוריום, לעומת זאת, תלוי בהרכבה של הבדלי מפתח U-233 כוללים:

  • (FLT:0)Abundance: 1FLT) יוחזרו באופן נרחב בחולי מנזיט ומינרלים אחרים, עם פיקדונות גדולים בהודו, אוסטרליה, ברזיל וארצות הברית, משאבים גלובליים משוערים מספיקים במשך מאות שנים של ייצור אנרגיה בשיעורי הצריכה הנוכחיים.
  • (FLT:0Waste פרופיל:FLT:1 מחזור הדלק של תלוריום יוצר מלאי קטן יותר של אלמנטים טרנסאורניים (plutonium, americium, curium) כי מספר גבוה יותר של איזוטופים אטומיים מיוצרים בכמויות נמוכות בהרבה.מוצרי הפסולת העיקריים הם מוצרים מזויפים עם מחצית חיים קצרים יותר, ו- U-233 עצמו יכול להיות ממוחזר.
  • (FLT:0) סיכונים הפצת:0 (FLT:1) , U-233 המיוצר בכורות thorium מזוהמת עם U-232, gamma פולטter חזק.זה עושה טיפול U-233 מסוכן מאוד ומסבך דיסרה לשימוש בנשק.בנוסף, מחזור thorium נמנע הצטברות של פלוטוניום ברמה נשק שמאפיינת מחזורי דלק אורניום.
  • (FLT:0) בצורת פלאאל: FLT:1 ת'ורויום דו-חמצני (ThO2) הוא קרמיקה יציבה מאוד עם נקודת התכה גבוהה יותר והתנהלות תרמית נמוכה יותר מאשר דו-חמצני אורניום (UO2).הוא גם מציג התנגדות כימית גדולה יותר לקורוזיון ונזקי קרינה על פני תקופות ארוכות של כוויות.

העקרונות המדעיים של תוריום-הופנהors

כדי להבין איך כור ימיום עובד, אחד חייב לתפוס את הרעיון של "מבשל" או "מעצור" בכור תלוריום, הליבה מורכבת מ-Th232 פורייה וכמות קטנה של חומר מתחיל fissile. כמו תגובת שרשרת להמשיך, כמה נויטרונים נספגים על ידי Th-232, יצירת Th-233, להיות מטעה לפא-233 ימים (לאחר מכן) כדי למנוע סדקים זה יכול להיות יותר ערפילית זהיר או ערפילית) כדי לייצר ערפילית (לאחר מכן) כדי למנוע ערפילית זהיר כדי למנוע ערפילית (Ricial) כדי לייצר 233 ימים) ו-233 ימים) כדי למנוע 233 ימים) כדי למנוע 233 ימים (אומטילעת ערפילית) כדי למנוע ערפילית) כדי למנוע ערפילית) כדי למנוע ערפילית) כדי למנוע ערפילית זה יכול להיות צורך ערפילית זה יכול להיות ערפילית כדי למנוע 233 ימים (לאחר מכן סגסוגת כדי למנוע סגסוגת כדי למנוע סגסוגת כדי לספק סגסוגת זה יכול להיות סגסוגת זה יכול להיות סגסוגת כדי לספק יותר סגסוגת כדי למנוע סגסוגת כדי למנוע סגסוגת כדי למנוע סגסוגת יותר סגסוגת זה יכול להיות סגסוגת כדי למנוע סגסוגת 233 ימים לאחר מכן סגסוגת

רוב הכורים המוצעים פועלים בספקטרום נויטרונים תרמי כי היכולת הרבעה של הניטרירון לתפוס חצי-סעיף של Th-232 גבוהה יותר באנרגיות תרמיות מאשר U-238, איזוטופ הפורייה בכורים אורניום. יכולת הרבייה התרמית הזו היא ייחודית; כורי גזע אורניום בדרך כלל דורשים ספקטרום נויטרונים מהיר.

בפועל, כור תליון חייב להיות מתוכנן עם מקור נויטרונים (למשל, אורניום מועשר, פלוטוניום, או מקור ספיעה המונע על ידי מאיץ) כדי להתחיל את המחזור.פעם הוקמה, המלאי U-233 ניתן למחזר, צמצום הדרישה החיצונית של ההזנת.

עיצובים מרכזיים ואופייהם

מספר עיצובי כור הוצעו או נבדקו על ניצול thorium.הם נופלים לשלוש קטגוריות רחבות: כור דלק נוזלי (מלח מלוטש), כור דלק מוצק (מורדים דלק קונבנציונליים), ומערכות מונעות מאיץ.כל אחד מהם יש מאפיינים תפעוליים נפרדים ומעמד הפיתוח.

מולטן מלח מגיבים (MSRs) ו- Fluoride Thorium Reactor (LFTR)

מושג הכור הטרואלי הנפוץ ביותר הוא כור מלח מלוטן, במיוחד את ה- Fluoride תוריום נוזלי (LFTR) ב MSR, הדלק מומס בתערובת מלח מלוטש (למשל, LiF-BeF2 או NaF-ZrF4) שמופץ דרך הליבה.

  • (FLT:0)Low Pressureמבצע: FLT:1 מולטן מלחים ב -600-700 מעלות צלזיוס יש נקודות ממושכות, כך הכור יכול לפעול בלחץ כמעט אטמוספירי, להפחית את הסיכון לתאונה אובדן של אובדן של זיהום.
  • (FLT:0) עיבוד חוזר: FLT:1 ניתן להפיץ את הדלק הנוזלי באמצעות יחידת עיבוד כימי באינטרנט כדי להסיר מוצרי נפיחות (במיוחד רעלים נויטרונים כמו xenon-135) ולהפיק Bred U-233 להפחתה.זה מאפשר יחס דלק גבוה מאוד.
  • (FLT:0) בטיחות פנימית: 1) הכור יש טמפרטורה שלילית חזקה וריק משככי כאבים, וקפאה בתחתית הליבה יכולה לנקז את הדלק לתוך מיכל הסרת חום פסיבי במקרה של חימום יתר.
  • (FLT:0Waste minimization: FLT:1 הסרת מוצרי פשפשעת מתמשכת מפחיתה את הכמויות הרדיו ארוכות הטווח של מלאי הדלק, ואת מוצרי הכריתות עצמם ניתן לאחסן כ מוצקות.

עיצוב LFTR בדרך כלל משתמש בתצורה של שני-השפעה: מלח שמיכה המכיל את Th-232 סביב מלח ליבה המכיל U-233. Neutrons דולף מהגזע הליבה U-233 בשמיכה, אשר לאחר מכן מופרד ואכיל לתוך הליבה. בעוד מלח ניסיוני MSRs (המופע מולטי מלח במעבדת ניהול רידג' הלאומית בשנות ה-60) אישר את הפיזיקה הבסיסית, שום מסחרי לא נבנה תחת חומרים אטומיים, אבל רודף אטומיים, אבל הם עדיין חומרים אטומיים, אבל הם עדיין חומרים אטומיים, אבל אטומיים, אבל רודף אטומיים, אבל אטומיים, אבל טרה-R.

תגובה של Solid-Fuel Thorium

לא כל המושגים של כור thorium משתמשים בדלק נוזלי. מוצק-דלק בעיצובים משתמשים באגן דלק או מכרסמים המכילים תחמוצת thorium מעורבב עם אורניום מועשר או פלוטוניום כדלק "נהג" כוללים דוגמאות:

  • (FLT:0) מפיצים מים כבדים (PHWRs): כורים של קנדה, אשר משתמשים במים כבדים כמתאמת, יכולים להשיג כלכלה נויטרונים גבוהה ומסוגלים לפעול על דלק תחמוצת תת-אוריום מעורב של thorium-uranium. India has alyrrated thoriums in CANDU-types to Towers on a thorium-uranium.
  • (FLT:0)Boiling Water Reactors (BWRs) ו- Pressurized Water Reactors (PWRs): FLT:1 Thorium-plutonium דלק תחמוצת מעורב נבדק בכורים מים קונבנציונליים, אבל העונש הניטריוני (יחס מתון נמוך יותר) ודרישות העשרה גבוהות יותר הופכות אותו פחות אטרקטיבי מאשר עיצובים של MSR.
  • (FLT:0) גבוה טמפרture Gas-Cooled Reactors (HTGR): עיצובים פריסמטיים או pebble-bed עם דלק חלקיקים מצופים יכול להשתמש thorium בציפוי TRISO.

כורכום דלק מוצק עומדים בפני אתגרים הקשורים לייצור דלק, עיבוד מחדש, ואת הצורך לטפל P-233 ביניים (אשר סופג נויטרונים ויכול להפחית את יעילות הרבייה) ההתפרצות ההומוגנית של thorium בדלק מוצק גם יוצר רדיואקטיבי מאוד וחום מייצר U-233, מסבך את ההחלמה.

מערכות ניהול (ADS)

גישה חלופית לשימוש ב- thorium היא הכור התת-קריטי המונע על ידי מאיץ.ב-ADS, קרן עתירת אנרגיה גבוהה מכה מטרה כבדה (למשל, להוביל או tungsten) לייצר מקור ספאלציה של צהבת בו-זמנית.DS אלה מופנות לכדי אסיפה תת-קריונית המכילה דלק thorium.

היתרונות של מערכות גרעיניות מבוססות תורום

ההתלהבות מחודשת של thorium מוצפת במספר יתרונות פוטנציאליים מתוחכמים על מחזור אורניום-פלוטוניום קונבנציונלי.עם זאת, חשוב לציין כי היתרונות האלה תלויים במידה רבה בעיצוב הכור הספציפי ואת ארכיטקטורת מחזור הדלק.

פרופילים בטיחותיים משופרים

רבים עיצובי כור תיכוני, במיוחד מלח מלוטש ומערכות מונעות מאיץ, פועלים בלחץ נמוך ומבוססים על הסרת חום-יבשה.מולטן מלח לחסל את הסיכון של פיצוצים מימן (כפי שקרה ב Fukushima) כי אין מים במעגל הראשי של דלק הוא כבר בצורת נוזל, אז להמיס הליבה כפי מובן בכורות דלק מוצק לא להחיל את הטמפרטורה השלילית של טרשת נפוצה.

צמצם את הפסולת הרדיואקטיבית הארוכה

אחד היתרונות הסביבתיים המשמעותיים ביותר של מחזור דלק thorium הוא ההפחתה של פסולת transuranic ארוכת ימים. בכור אורניום קונבנציונלי, לכידת נייטרון על ידי U-238 מוביל לבניית פלוטוניום, americium, ו curium - איזוטופים עם מחצית חיים החל ממאות עד עשרות שנים.

אספקת דלק והתנגדות להפצת דלק

תוריום הוא הרבה יותר שופע אורניום, עם משאבים הניתנים לשחזור מוערך בכמה מיליוני טונות. מדינות עם עתודות אורניום מוגבלות (למשל, הודו, אשר יש את ההפקדות הגדול ביותר של כדור הארץ) להציג את תליום כנכס אבטחה אנרגיה אסטרטגי.מנקודת מבט לא פולשנית, מחזור thorium הוא בעיקר עמיד יותר לנשק.

אתגרים וההורדים לשיווק

למרות היתרונות התיאורטיים המשכנעים שלה, טכנולוגיית thorium עדיין לא השיגה את הכדאיות המסחרית.יש להתגבר על כמה מכשולים טכניים, כלכליים ורגולטוריים הקשורים ביניהם לפני כורים ימיים ניתן לפרוס בקנה מידה.

אתגרים טכניים וחומריים

עבור כורים מלחים מלוטנים, חומרים קורוזיה נשאר דאגה עיקרית. מולטן מלחים פלואוריד הם אגרסיביים מבחינה כימית, במיוחד בטמפרטורות גבוהות ומתחת להקרנה. ⁇ מבוסס ניקל וגרף נבדקו, אבל ביצועים ארוכי טווח בסביבה של שחרור כור הוא לא מוכח.הטיפול במערכות פרוטקטיניום-233 (חצי חיים -27 ימים) הוא גם בעייתי: יש צורך למנוע סגסוגת 3 לשרירים (תוספת) אך יש צורך בשרירים (כלומר, אך יש צורך בשרירים) ממעבדות, אך טיפול בשרירים, אך יש צורך בשרירים, אך טיפול של חומר ניקוי חום (H) הוא צורך, אך דורש, אך דורש, אך הוא צורך, אך טיפול של ציוד ניקוי, אך הוא דורש, אך הוא דורש, אך טיפול של ציוד ניקוי, אך אינו מוכח, אך טיפול של ציוד ניקוי, אך טיפול של ריאה (כלומר, אך טיפול של ריאה (R) הוא דורש, אך טיפול של מערכות דלק (Rictramicial, אך הוא דורש, אך הוא דורש, אך טיפול של מערכת דלק (H) הוא דורש, אך הוא דורש, אך הוא מורכב ממתקנים למניעת עיבוד של סגסוגת של סגסוגת של סגסוגת של צמיגים (H) הוא דורש, אך טיפול

עבור כורכום דלק מוצק, ייצור של אגן דלק מבוסס thorium מציב אתגרים בשל טמפרטורת הירי הגבוהה (כ 1700 מעלות צלזיוס) ואת מוליכות תרמית נמוכה של ThO2 בהשוואה UO2.התהליך של דלק thorium מטושטש הוא קשה יותר מאשר זה של אורניום בגלל יציבות כימי יקר של Th2 ונוכחות של p-233 מתאים עבור צמחים קרינת אורניום מתוכנן.

גדרות כלכליות ותשתיות

תעשיית הגרעין העולמית השקיעה מיליארדי דולרים בשרשראות אספקה של דלק אורניום, מתקני העשרה, עיצובי כור מים קלים.עבור מחזור thorium ידרוש בניית צמחי ייצור דלק חדשים, עיבוד מחדש מתקנים, ו, עבור MSRs, מסגרת רגולטורית שונה עבור כור דלק נוזלי.הההבירה הראשונית עבור בכור הראשון מסוגו של צמיגים מסוג A-of-of-of-a-kind-kindriumor סביר להיות גבוה יותר מאשר עבור עיצוב נמוך, כיום, כלומר, תוספת גבוהה יותר, עבור מחזורי, תוספת מחקר, עבור מחזורי, תוספת גבוהה יותר, עבור מחזורי, עבור מחזורי, עבור מחזורי, עבור הדגמה כלכלית, עבור הדגמה, עבור הדגמה, עבור הדגמה נמוכה, עבור הדגמה, עבור הדגמה, עבור סגסוגת נמוכה, 000.

שיקול כלכלי נוסף הוא הצורך בחומר שיתוק של שיתוק התחלה, גם בגזע תל-אוריום, הליבה הראשונה חייבת להכיל U-235 או פלוטוניום כדי ליזום את תגובת שרשרת.עבור מדינות ללא יכולות העשרה, התלות הזו בחומרים חיצוניים יכולה לשלול כמה מיתרונות עצמאות הדלק.

הנוף הסדיר וההלחות

תקנות גרעיניות קיימות ברוב המדינות נכתבות על דלק מוצק, כור מים קלים.מולטן מלח כורים, עם דלק נוזלי שלהם, עיבוד מתמשך, ודלק מקוון, לא מתאימים באופן מסודר לקטגוריות הרישוי הנוכחיות.הנציבות האמריקאית לרישום גרעיני, למשל, החלה רק לאחרונה לפתח מסגרת של השקעות עבור כורים שאינם אור.

פרויקטים של Global Initiatives and Pilot Project

כמה מדינות רודפות באופן פעיל מחקר ופיתוח של כור ימיום, לעתים קרובות עם מתקנים ניסיוניים בקנה מידה קטן או תוכניות ממשלתיות במימון ממשלתי.

  • (FLT:0) India:cioFLT:1 בהודו יש את תוכנית thorium השאפתנית ביותר, המונעת על ידי עתודות thorium גדולות שלה אורניום מוגבל.המחלקה ההודית לאנרגיה אטומית פיתחה תוכנית תלת-שלבית: (1) להשתמש PHWRs כדי לייצר קילטוניום; (2) להשתמש פלוטוניום כדי דלק מתאגררי ייצור מהירים לייצר U-R מ-R; מפעילה כיום מתקן מים חמים (HRIR) פועל גם על גבי מחזור דלק (HRIR) אשר פועל גם על גבי מחזור דלק (R) של 30 W.
  • סין:0 China:BuildFLT:1 ; סין השיקה מאמץ מרוכז לפתח טכנולוגיית כור מלח מלוטש מלח.המכון לשנחאי לפיזיקה יישומית (SINAP) בונה כור ניסיוני 2MWt molten מלח ניסיוני (TMSR-LF1) במחוז גאנסו, צפוי להיות מבצעי עד סוף 2020.
  • (FLT:0)Norway:FLT:1 תור אנרגיה, חברה נורבגית פרטית, ערכה בדיקות מזעזעות של דלק תחמוצת חמצני מעורב בכור המחקר ההלדן.
  • (FLT:0) ארצות הברית: ⁇ FLT:1 חברות פרטיות כגון TerraPower (עם המולטן צ'וריד תגובה מהירה), מולטקס אנרגיה (עם כור מלח יציב), ואחרים מחפשים אישורי רישוי.משרד האנרגיה של ארה"ב סיפק מענקים לשיתוף עלות להפגנות כורים מתקדמות, אם כי פרויקטים ספציפיים של thorium עדיין לא נבחרו עבור פריסה בקנה מידה גדול.
  • [ה]הסוכנות הבינלאומית: ⁇ 1] הסוכנות לאנרגיה אטומית הבינלאומית (IAEA) שומרת על רשת התיאום של תוריום דלק מחזורי ומפרסם את ה-FLT:2techn דוחות על thoriumFLT 3: 3 [הפורום הבינלאומי של הדור הרביעי כולל כורים מלוחים מוגזים וכורים מהירים של גזים בין עיצוביו, עם דלקים מימי הביניים שנחשבים כאפשרויות.

עתיד תוריום במיקס העולמי של האנרגיה

חיזוי ציר הזמן של המסחר בכור תרמיוני אינו ברור.בהתחשב בכך שלא פעל כור כוח ים בקנה מידה מלא, וכי פרויקטים של בנייה גרעינית ברחבי העולם עומדים בפני עלות ועיכובים, סביר להניח כי thorium לא יהווה תרומה משמעותית לדור החשמל לפני 2040-2050, למעט אולי ביישומים נישה כגון כוח או חום מרחוק.

עם זאת, thorium יכול לשחק תפקיד משמעותי יותר בהקשרים ספציפיים.מדינות עם עתודות גדולות (אינדיה, ברזיל, אוסטרליה) עשוי להציג thorium כדרך להפחית את התלות היבוא.כפי שמחירי אורניום בסופו של דבר עולים וידוק פחמן, המקרה הכלכלי של גידול תלמי עשוי לשפר את ה-Rubdo הפוטנציאלי של Rubid ו-Ralpreative, עבור קבלת פנים ו-Faldo פוטנציאל הוא שיפור.

גישות משולבות, כגון הפיכה של כורי אלומיניום עם צמחי desalination, ייצור מימן או חום תעשייתי, יכול לספק זרמי הכנסות מוקדם להצדיק פרויקטים טייסים.לדוגמה, MSRs בטמפרטורה גבוהה יכול לייצר חום תעשייתי ב 700-800 מעלות צלזיוס, מתאים לתהליכים כימיים או ייצור דלק סינתטי, הרחבת השוק שלהם מעבר לעומס חשמל.

מסקנה

כורים מבוססי תוריום מציעים חזון משכנע לדור הבא של כוח גרעיני: בטוח, נקי יותר, וזמין יותר מאשר מחזורי אורניום של היום.הפיזיקה הבסיסית והכימיה מבוססים היטב, ואת היתרונות הפוטנציאליים - בטיחות מופחתת, פסולת מופחתת, דלק בשפע והתנגדות להפצת אנרגיה - הם אמיתיים, למרות שהם מתכנסים בעיצובים ספציפיים של כור ואפשרויות דלק.

פרויקטים של מחקר וטייסים, במיוחד בהודו ובסין, מניחים את היסודות לפריסה סופית.הצלחתן של יוזמות אלה תלויה ברצון פוליטי מתמשך, חדשנות בחומרים ובעיבוד מחדש, והסביבה הרגולטורית שיכולה להכיל ארכיטקטורות כורים חדשים.עבור מתכננים אנרגיה, תליום נשאר מבטיח לטווח ארוך - אבל לא כדור כסף לטווח קצר.