כיצד יגיבו תומכי תוריום יכולים לחולל מהפכה באנרגיה גרעינית

הדחף הגדל לאנרגיה נקייה

הביקוש לאנרגיה גלובלית ממשיך להאיץ, מונע על ידי גידול באוכלוסייה, התיעוש והטרנספורמציה הדיגיטלית.באותו הזמן, לחץ על על ייצור חשמל פחמימן ולהפחית את ההסתמכות על דלקים מאובנים. כוח גרעיני מציע מקור צפוף, גמיש, נמוך פחמן של חשמל עומס בסיס, אבל כורים מסורתיים המבוססים על אורניום עומדים בפני חששות מתמידים על בטיחות, ניהול פסולת, ותפוצה זו, זרם התפתח כחלופה שיכולה למשוך מחדש את האנרגיה הגרעינית.

תוריום אינו מושג חדש; החוקרים חקרו את הפוטנציאל שלה כבר בשנות החמישים של המעבדה הלאומית של אוק רידג', אך עשרות שנים של אורניום-מרכזי פיתוח מובילי אורניום בקווי הצד.היום, שילוב של טכנולוגיות כור מתפתחות, סדרי עדיפויות לא-תפוצה מוגברת, והצורך הדחוי באנרגיה נקייה חי מחדש את העניין. מאמר זה בוחן כיצד כורים מבוססי אלומיניום יכולים להפוך את הכוח הגרעיני, המדע שמאחורי מחזור הדלק, ויתרונות הטכנולוגיה המסחרית והגורמים המובילים, כדי להביא את המציאות המסחרית.

למה תוריום? A Fundamental Resource Advantage

תוריום הוא מרכיב רדיואקטיבי טבעי, בעיקר thorium-232, שנמצא במנותק של הקרום של כדור הארץ.זה בערך שלוש עד ארבע פעמים יותר בשפע אורניום, עם עתודות גדולות במדינות כמו הודו, אוסטרליה, ארצות הברית, טורקיה וברזיל.בניגוד אורניום, thorium הוא בערך פי ארבעה יותר מאשר אורניום, לעומת LT:1 ולא LTF:2fis, 000 זה יכול להיות בתוך שרשרת דלק עצמו, אבל לא יכול להיות מומרת.

סליחות וחלוקת

ההפצה הגיאוגרפית הנרחבת של thorium מפחיתה את הסיכונים הגיאופוליטיים הקשורים לשרשראות אספקה אורניום.עבור אומות חסרות אורניום ילידי אבל בעלות על עתודות thorium, הדלק מציע דרך לעצמאות אנרגיה. India, למשל, מחזיק את הפקדות הטוריום הידועות הגדולות ביותר והפך את thorium אבן הפינה של תוכנית הגרעין של שלושת השלבים שלה.

הכחשת אנרגיה ויציבות

הפוטנציאל האנרגטי של תוריום הוא משמעותי.כאשר נעשה שימוש מלא במחזור דלק של thorium, מסה נתונה של thorium יכול לייצר באופן תיאורטי כמות גדולה של אנרגיה כמו כמויות גדולות יותר של אורניום - ועם נפח נמוך יותר של פסולת טרנסורנית ארוכת ימים.יעילות זו נובעת מיחס ההמרה הגבוה של thorium-233, אשר יכול להתקרב לערכים קרוב או 1.0 בעיצובים מתקדמים, המאפשרים ל-Faleric: 1.

מחזור דלק תוריום: איך זה עובד

הבנת מחזור הדלק של thorium חיוני להעריך את היתרונות שלה.התהליך מתחיל עם thorium-232, אשר מופצץ עם נויטרונים - באופן חד-משמעי ממקור מתחיל כגון פלוטוניום, אורניום מועשר, או גנרטור נויטרונים חיצוני. כאשר thorium-232 לוכד נויטרונים מצוינים, הוא הופך להיות thorium-233, אשר מתפרק באמצעות פרוטיום-233 לתוך אורניום מעולה, עם אנטרופין-נומטרון.

ניוטרון לוכד ו-Conversion

התגובות העיקריות הן:

[01:0]Thorium-232 + neutron, Thorium-233 (beta דעך, חצי חיים 22 דקות)
(בקיצור:0)Thorium-233 (Protactinium-233) (beta דעיכה, מחצית החיים 27 ימים)
(ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ 233 (בקיצור: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אורניום-233 לאחר מכן עובר סדקים כאשר פגעו נויטרונים, שחרור אנרגיה ועוד נויטרונים, אשר יכול לקיים את תגובת שרשרת להמיר thorium נוסף. בכור מותאם, מחזור יכול להשיג יחס FLT:0breed יחס זניח FLT:1 גדול מ 1, כלומר הכור מייצר חומר פיזה יותר ממה שהוא צור.

המונחים: Fast Spectrum

ניתן להשתמש ב- Thorium גם תרמי (slow neutron) וגם מהיר (רבנים עתירי חלקיקים באנרגיה גבוהה).רוב המחקרים הנוכחיים מתמקדים בכורות מלח תרמיים (MSRs) ומערכות כבדות מים-כבדות-מקוטב-מדומים מאפשרים שימוש ניטריון יעיל מבלי לדרוש את רמות ההעשרה הגבוהות הדרושות לריצים מהירים, לפשטות וטיפול בדלק.

יתרונות מרכזיים ב-Uranium Reactors

כורכו מבוסס תוריום מציעים חבילת הטבות שמטפלים בביקורת המתמשכת ביותר של כוח גרעיני.

בטיחות: לחץ נמוך, פאסיבי קירור

מושגים רבים של כור ימיום - במיוחד ממים כורים מלח (MSRs) - משתפות או ליד לחץ אטמוספירי.ב MSR, הדלק מומס בשפעת נפוחה או מלח chloride כי מתפשט דרך הליבה.נקודת הליטיסה גבוהה של מלח (מעל 1,400 מעלות צלזיוס) פירושה שהכור יכול להגיע לטמפרטורות גבוהות מאוד ללא רתיחה, הימנעות מלחץ זה הוביל לדלקת ריאות או לדלקת ריאות פעילה יותר.

בזבזת משככי עיניים: צמצום חוק

כור אורניום קונבנציונלי מייצרים כמויות משמעותיות של פלוטוניום, americium, ו curium - אלמנטים טרנסאורניים כי להישאר מסוכנים במשך מאות אלפי שנים. כור תוריום, לעומת זאת, לייצר הרבה פחות טרנסאוריטניים.רוב מוצרי פשיון מן thorium יש חצי חיים של רק 30-300 שנים, מפשטים ניהול פסולת לטווח ארוך, כמויות קטנות של פרו-233-אין ניתן לכווץ עוד יותר, פסולת, אשר יכול לכווץ עוד יותר, פסולת.

התנגדות

מחזור הדלק של thorium הוא עמיד יותר בפני הפצת נשק גרעיני.Uranium-233, המוצר המפחיד, הוא תמיד מזוהם אורניום-232, גלמה חזקה פולטת אשר עושה את החומר קשה לטפל וקל לזהות.כל ניסיון להסיט מחזורי אורניום-233 יחשוף עובדים לקרינה מסוכנת, באופן משמעותי מעלה את החסמים הטכניים לייצור נשק.

יעילות דלק וקיימות

מכיוון שטוריום הוא בשפע יותר ויכול להיות מוכנס לחומר fissile, כור thorium יכול לחלץ כ-200 פעמים יותר אנרגיה ליחידה המונית של מוקשים מאשר מחזור אורניום של פעם דרך דלק.יעילות זו מפחיתה את דרישות הכרייה, הפרעה סביבתית ממיצוי אורניום, ואת העלויות הקשורות. עבור מדינות עם עתודות גדולות, הדלק מייצג אספקה ארוכה, מקומי מקור מקומי.

עיצוב תגובה ל- Thorium

כמה ארכיטקטורות כור מפותחות כדי לנצל את הפוטנציאל של thorium.העיצובים הבולטים כוללים:

מולטן מלח תגובה (MSRs)

MSRs הם המועמד המוביל לפריצת thorium מסחרית. בכורים אלה, הדלק מומס תערובת מלח מבוזרת כי גם משמש את הקריר העיקרי.דלק הנוזל מאפשר הסרת מוצר דביק רציף, דלק מקוון reדלק, וכלכלת נויטרונים מעולה.לא ניתן ל MSR פרויקטים כוללים את עיצוב ThorCon (מרפא יחידת 250 MWe) ואת ה-SR-R הניסוי הסיני, אשר יכול להשיג יחס קריטי של MSR.

תגובה כבדה למים (HWRs)

כור מים כבדים, כגון עיצוב CANDU, ניתן להתאים לשימוש thorium מעורבב עם כמות קטנה של אורניום מועשר או פלוטוניום כמו דלק נהג. India הפעיל בהצלחה 300 מגה-MW thorium -uranium דלק החבילה ב כור מחקר Dhruva שלה ותוכניות להשתמש thorium במי מתקדם שלה כבד (AWR). היתרון של HWR הוא כבר צמצום הסיכון המסחרי של כורים.

גז-Cooled Reactors (HTGR)

HTGRs להשתמש דלק מצופה חלקיקים (חלקיקי ISO) מוטבע בbble גרפיט או בלוקים prise. Thorium ניתן לשלב לתוך הקרנלים דלק.עיצובים אלה פועלים בטמפרטורות גבוהות (750 עד950 מעלות צלזיוס), המאפשרים יישומי חום תהליך ויעילות גבוהה יותר דלק. pebble-bed הוא בטוח מטבעו כמשמעו, עם לא להמיס, בדרך כלל, הם מתקדמים יותר כדי כך לא ניתן להאריך את החיים.

תגובה מהירה

כור ספקטרום מהיר יכול גם להשתמש thorium, אם כי המוקד העיקרי היה על אורניום / פלוטוניום מחזורי. בכור מהיר, thorium יכול לשמש כחומר שמיכה כדי גזע אורניום-233, אשר יכול לשמש אז כמו דלק הנהג. השילוב של כורים מהירים ו thorium מציעה את האפשרות של כוויות גבוהות ובזבוז, אבל הטכנולוגיה היא מורכבת יותר ויותר מאשר מושגים מתקדמים או HWR.

אתגרים עיקריים מול תורניום

למרות היתרונות המשכנעים, thorium אינה כדור כסף.יש להתגבר על כמה מכשולים טכניים, כלכליים ורגולטוריים לפני מסחר נרחב.

היפוצים הטכניים

(FLT:0)Materials ו Corrosion: ⁇ F1 , מלחים מולטן הם קורוזיים מאוד בטמפרטורות גבוהות.פיתוח ⁇ מבניות וחומרים מכולות המתנגדים לקורוזיון במשך עשרות שנים הוא אתגר הנדסי משמעותי.התתתת Graphite מודration ב MSRs גם דורש שליטה קפדנית של נזק נקבוביות וניטרון.
(FLT:0)Protactinium Handling:FreaLT:1 233 יש חיי חצי יום וחצי של יום אחד; אם הוא נשאר בכור במשך זמן רב מדי, זה יכול לספוג נויטרונים ולהפוך פרוטקטיום 234 (אשר מתקלקל אורניום 23-4, סופגן נויטרונים ולא דלק).
(FLT:0)Startup Fuel:FLT:1 כי thorium הוא פורייה לא fissile, מקור סטארט-אפ של חומר פיזיול (כגון אורניום מועשר, פלוטוניום, או אורניום-233 ממחזורים קודמים) נדרש.
(FLT:0Waste Reprocessing: FLT:1hil, בעוד thorium מייצרת פחות מעשי אקטינאליים ארוכים, עיבוד של דלק מושקע כדי לשחזר אורניום-233 כרוך בטיפול בחומרים רדיואקטיביים מאוד ודורש מתקני הפרדה כימיים מתקדמים שעדיין אינם פרוסים מסחרית.

גדרות כלכליות ותקנות

(FLT:0)Lack of Infrastructureture:FLT:1 שרשרת האספקה הגרעינית כולה - ייצור דלק, ייצור כור, ניהול פסולת - מותאם אורניום. בניית תשתית מקבילים עבור thorium ידרוש השקעה מסיבית.
(FLT:0) , 000 הכחשה: ⁇ 1 גרעיני רגולטורים, כגון ועדת תגמול גרעיני בארה"ב, אין מסגרת מבוססת עבור כורים מלחים מלוטשים.תהליך הביקורת יהיה צורך לטפל במקרים חדשים של בטיחות, כימיה דלק ותרחישים שונים מהותיים מכורים מים.
(FLT:0) תחרותיות: FLT:1 גז טבעי, השמש והרוח הפכו זולים להפליא.ללא יתרון עלות ברור, כלי רכב אינם מעוניינים להשקיע בטכנולוגיית כור בלתי מוכחת. כור תוריום חייב להוכיח לא רק בטיחות אלא גם את הכדאיות הכלכלית - עלויות הון נמוכות יותר, זמני בנייה קצרים יותר, או יעילות גבוהה יותר - להתחרות בשווקים deregulated.

קבלה פוליטית וציבורית

כוח גרעיני, באופן כללי, מול הספקנות הציבורית במדינות רבות. תוריום טוען כי תכונות הבטיחות הטבוונות של MSRs (ללא היתוך, לחץ נמוך, חסימה פסיבית) יכולות לעזור לשפר את קבלה.עם זאת, התעשייה חייבת להתגבר על עשרות שנים של פחד בהתבסס על תאונות בעלות פרופיל גבוה ובעיות פסולת לא פתורות. בניית אמון תדרוש תקשורת שקופה, הפגנות מוצלחות, ותיעוד של פעולה בטוחה.

Global Thorium Initiatives

כמה מדינות מתפתחות באופן פעיל תוכניות כור ימיום, כל אחת מהן עם מוטיבציה אסטרטגית שונה.

הודו: תוכנית שלושת הסטודנטים

בהודו יש את תוכנית ההיבריום השאפתני ביותר, המוטבעת בתוכנית הכוח הגרעינית של שלושת השלבים שלה.שלב 1 משתמשת בכורים כבדים (PHWRs) לייצר פלוטוניום מ אורניום טבעי בשלב 2 משתמשת כורים מהירים כדי להמיר את פלוטוניום זה דלק כבד יותר וגזע גם אורניום-233 משמיכות thorium 3 כבר יפורקו כורים, כולל AWMINIRate מוקדם כדי לייצר כור ק"מיום מתקדם ביותר של 30 ליטר מים ולהוביל עד 30 ליטרים (R) ייצור מוקדם של מוצרי חשמל ממטרוניום (R) ו-Rird) ממטרהוריטרינרומים מתקדמים ביותר, 000 מוקדם של סגסוגת מים מתוקים (R) כבר 30 ליטרים (R) מ סגסוגת מים מתוקים (R) כבר למעלה מ סגסוגת מים מתוקים (R) מ סגסוגת מים מתוקים (Rird) מ סגסוגת מים מתוקים (R) כבר בנוי יותר ויותר מ סגסוגת מים מתוקים (Rird) מ סגסוגת מים מתוקים (Rird) מ סגסוגת מים מתוקים (R) כבר 30 ליטרים, 000 סגסוגת מים מתוקים (R) מ סגסוגת מים מתוקים (R) כבר בנוי יותר ויותר מים מתוקים (R) מ סגסוגת מים מתוקים

סין: מולטן סולט ותכניות דלק מוצקות

סין השיקה באופן רשמי תוכנית מחקר של thorium בשנת 2011 ומאז בנתה כור מלח תרמי 2MW (TMSR-LF1) ב-Vwei, מחוז גאנס, שהחל לפעול בשנת 2021.המדינה מפתחת גם כור מלח תרמי 2MW (TMSR-LF1) ב-Vuewei, מחוז גנס, שהחל לפעול בשנת 2021.המדינה מפתחת גם דלק מוצק של peorium pebble-bedd כור סגסוגת הסינית על ידי סגסוגת MSRress.

ארצות הברית: Private Ventures ו- Government Research

בארצות הברית, כמה סטארט-אפים - כגון TerraPower (עם המולטן צ'וריד תגובה מהירה), תוריום אנרגיה הברית, וחברת דרום (החלת במבחן מלח מלוטש) - מקדמים מושגים משניים.משרד האנרגיה האמריקאי ממן מחקר על כימיה מלח ומדע חומרים במעבדות לאומיות.

אומות אחרות

חברת תור אנרגיה בנורבגיה ערכה בדיקות מזעזעות על אגן דלק thorium בכור המחקר ההלדן.אנרגיה מולטקס של בריטניה מפתחת כור מלח יציב המשתמש thorium בתצורת דלק סטטית. קנדה חוקרת דלק thorium בכורות CANDU כדרך להפחית את מלאי הפלטוניום.

זמן למציאות מסחרית

תחזית ציר הזמן המדויק של כורי ים היא קשה, אבל כמה אבני דרך מציעים מסגרת.עד 2030, סין מצפה שיש 10 MW MSR הפגנה פועל, והודו מתכננת להתחיל בבניית AHWR שלה בשנות ה -2030, יחידות מסחריות ראשונות מסוגה של A-of-a-kind יכולות להופיע, סביר במדינות עם מתקני גיבוי חזק ודלק ייעודיים.

מחזור הפיתוח הארוך אינו יוצא דופן לחדשנות גרעינית: כור מים קלים לקח עשרות שנים להתבגר.עם זאת, הדחיפות של שינויי האקלים עשויה להאיץ את התמיכה.אם מחירי הפחמן הופכים למורכבים יותר או לביטחוני אנרגיה, היתרונות של תאוריום יכולים למזער את המאזניים הכלכליים מהר יותר מאשר התחזיות הנוכחיות.

מסקנה

כורים מבוססי תוריום מציעים חזון שונה באמת עבור כוח גרעיני - אחד שמדגיש בטיחות טבועה, פסולת מופחתת, עמידות מוגברת ואספקת דלק בשפע.הטכנולוגיה אינה היפותטי; היא אוששה באופן ניסיוני בעיצובים רבים של כור, והוא צובר תאוצה באמצעות תוכניות לאומיות בהודו, סין, ובמקומות אחרים.

התגמול הפוטנציאלי הוא עצום: מקור אנרגיה נקי שיכול לרוץ במשך אלפי שנים על עתודות ימיות ידועות, ייצור חשמל עם פסולת מינימלית ארוכה וסיכון נמוך של כשל קטסטרופלי.הבנה כי חזון זה ידרוש השקעה מתמשכת, שיתוף פעולה בינלאומי, ונכונות לנוע מעבר לפרדיגמה האורניום ששלטה בתעשיית הגרעין במשך 70 שנה. תוריום לא "מהפכה" כוח גרעיני בן לילה, אבל הוא מספק את הדרך אמינה ביותר לקראת עתיד יציב ואווירי אחראי.