Giriş Giriş Giriş

Küresel topluluk, mevcut filoyu zenginleştirerek, yarı iletken yakıt döngüsü merkezine doğru araştırma noktalarına hizmet edebilirken, nükleer enerji, hükümetlerden, araştırma kurumlarından ve özel girişimlerden yararlanarak, daha yüksek güvenlik marjlarını sunma potansiyellerinden dolayı, uzun ömürlü bir yakıt döngüsüne hakimdir ve neredeyse tükenmez bir yakıt tedarikine yönelik araştırma noktalarının yükünü azaltır.

Thorium'u Nükleer Yakıt Olarak Anlayın

Thorium doğal olarak meydana gelen, doğal karışımda biraz radyoaktif element (atomik sayı 90) bu, Dünya'nın uranyumundan daha fazla bol miktarda olan ve Th-232'nin verimli olduğu gibi, bu da protactinium-233'ü içeren ve o zaman da uranyum-233'ü çürüttüğü gibi, o zaman da, bir fissileyen bir enerji döngüsüdür.

Liporium yakıt döngüsü, bir termal nötron spektrumu (projektör tarafından desteklenen) veya hızlı bir nötron spektrumu. termal spektrum tasarımları, Th-232 tesislerinden U-233'e dönüşüm verimliliği çok yüksek olabilir, bir tonasyon reaktörü prensip olarak, neredeyse çok fazla fissile yakıt üretebilir, tüketilmesi veya yeniden işleme tesislerine olan maliyet verimliliği azaltılabilir.

Thorium vs. Uranium: Karşılaştırmalı Bir Bakış

İki yakıt döngüsü arasındaki temel fark, onların izotopik makyaj ve nötron ekonomisi ile ilgilidir. Uranium reaktörleri, U-235'in doğal uranyumda (% 0,7) küçük kesimlerine güveniyor ve genellikle% 3-5% zenginleştirmeyi gerektirir. Thorium reaktörleri, aksine, U-233'ün in-situ yetiştiriciliği bağlıdır.

  • [FONT:0)Abup:[Dönem:[Dönem:[Dönetici:0) Thorium rezervleri, Hindistan, Avustralya, Brezilya ve ABD'de büyük depozitolarla, devasa miktarda enerji üretimi için yeterince yeterli.
  • [FONT:0]Waste profili:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici], transuranic elementlerin daha küçük bir envanteri (plutonyum, americium, curium) çünkü daha yüksek atom sayısı çok daha düşük miktarlarda üretilir. birincil atık ürünleri yarı hayattaki ürünlerde fission ürünlerdir ve U-233'ün geri dönüştürülmüş olabilir.
  • [FONT:0)Proliferasyon riskleri: [Dönetici: [Dönetici: 0] U-233, U-232 ile birlikte üretilir, güçlü bir kumar yayılır. Bu, ABD'yi silah kullanımı için son derece tehlikeli ve karmaşıklaştırır.
  • [FONT:0]Fuel form:[Dönemli:[Dönemli:0) Thorium dioksit (ThO2), uranyum dioksitten daha yüksek bir erime noktası ve daha düşük termal iletkenliği ile yüksek bir kimyasal direnç gösterir (UO2).

Thorium-Based Reaktörlerin Bilimsel İlkeleri

Bir tomyum reaktörünün nasıl çalıştığını anlamak için, bir “breeder” veya “konverter” konseptini anlamak gerekir, bu da toparasyonlu bir Th-232 ve küçük bir miktar fissile başlangıç malzemesidir.Demokrat reaksiyon devam eder, bazı nötronlar Th-233 yaratarak, hangi beta-decays'yı Pa-233'e (yarı ömrüne -27 gün) ve sonra U-233'e kadar reaksiyon verir.

Çoğu önerilen thorium reaktörleri bir termal nötron spektrumunda çalışır, çünkü nötron yakalama Th-232'nin kesiti, U-238'den daha yüksek, uranyum reaktörlerinde verimli isotope, büyük ölçüde yakıt kullanımı.

Uygulamada, bir thorium reaktörü bir nötron kaynağı ile tasarlanmalıdır (örneğin, zenginleştirilmiş uranyum, plutonyum veya henüz ticari olarak kullanılmamış bir spallasyon kaynağı) döngüsü başlatmak için.Bir kez kurulmuş, U-233 envanter geri dönüştürülemez, dış besleme gereksinimini azaltır.

Anahtar Reaktör Tasarımı ve Özellikleri

Çeşitli reaktör tasarımları otuzlu kullanım için önerilmiş veya test edilmiştir. Üç geniş kategoriye girerler: sıvı yakıt reaktörleri (molten tuz), sağlam yakıt reaktörleri (konu dışı yakıt toplantıları), ve hızlandırıcı sistemler.Her biri farklı operasyonel özellikleri ve gelişim durumu vardır.

Molten Salt Reaktörler (MSRs) ve Sıvı Fluoride Thorium Reaktör (LFTR)

En yaygın tartışılan thorium reaktör konsepti, özellikle reaktör çekirdeği aracılığıyla dolaşımda bulunan molten tuz reaktörüdür. MSR'de yakıt üretimi için gerekli olan temel avantajların ortadan kaldırılması.

  • [Düzücük basınç operasyonu: [Düzdün:0] Düşük basınç operasyonu:[Dönemli tuzlar -600-700 °C yüksek kaynar puanlar vardır, bu yüzden reaktör, yakın atmosfer basıncında çalışabilir, kaybın-soğuk bir kaza riskini azaltır.
  • [FONT:0) Sürekli yeniden işleme: [Dönetici: [Dönetici yakıtı, fission ürünlerini kaldırmak için bir on lineer kimyasal işleme ünitesi aracılığıyla dolaşıma girebilir (özellikle xenon-135) ve reintroduction için U-233'ü çıkarmak için zehirler.
  • [FONT:0)Inherent güvenlik: [Dönetici: [Dönetici: 0,4] reaktör güçlü negatif sıcaklık ve kat kat katsayıları vardır ve temelin alt kısmında yakıtı aşırı ısıtma durumunda ısıtılabilir.
  • [FONT:0]Waste minimization:[Dönetici:0) Sürekli fission ürünlerinin geri çekilmesi, yakıt envanterinin uzun vadeli radyooksisitesini azaltır ve fission ürünlerini kendileri stabil olarak depolanabilir.

LFTR tasarımı genellikle iki yönlü bir konfigürasyonu kullanıyor: 1960'larda Pekin Ulusal Ridge Laboratuarı içeren bir battaniye tuz içeren bir battaniye tuz, temel kimyayı içeren U-233'ü battaniyede sızdırıyor, sonra da çekirdekte ve besleniyor.

Solid-Fuel Thorium Reaktörler

Tüm thorium reaktör kavramları sıvı yakıt kullanıyor. Katı yakıt tasarımları yakıtlı granüller veya muzyum oksit içeren çubuklar zenginleştirilmiş uranyum veya plutonyum içeren “vida” yakıt içerir.

  • [FONT:0)Basıncı Heavy Water Reaktörleri (PHWR): [Döneticileri: [Döneticileri) Kanada'nın transkriptör olarak kullanan reaktörler, yüksek nötron ekonomisine ulaşabilir ve tomyum-uranium karışık oksit yakıtı üzerinde çalışmaya muktedirdir.
  • [FONT:0)Boiling Water Reaktörleri (BWRs) ve Basıncı Su Reaktörleri (PWRs): ) Thorium-plutonium karma oksit yakıtı geleneksel ışık su reaktörlerinde test edilmiştir, ancak nötronlu ceza (düşük modulama oranı) ve yüksek zenginleştirme gereksinimleri MSR tasarımlarından daha az çekici hale getirir.
  • [FONT:0) Yüksek hacimli Gaz-Cooled Rektörler (HTGR): ), Prismatik veya pebble-bed tasarımları, kaplı parçacık yakıtı ile kaplamalı tasarımları, yüksek yanma kabiliyeti ve güvenlik özellikleri HTGRs ile uyumludur, ancak gelişim hala erkendir.

Katı yakıt ton reaktörleri yakıt üretimi, yeniden işleme ile ilgili zorluklarla karşı karşıyadır ve Pa-233 orta (bu da nötronları absorbe eder ve verimi azaltabilir). Katı yakıtlarda homojenleşme ve ısı değiştirici U-233, yüksek çözünürlükte.

Hızlandırıcı-Driven Systems (ADS)

Bir ADS'de, yüksek enerjili bir proton kirişi ağır bir hedef (örneğin, liderlik veya dijital) üretmek için bir spallasyon nötron kaynağı üretmek için alternatif bir yaklaşımdır. Bu nötronlar uzun ömürlü bir nükleer atık (önemli) altında çalışır, yani, ADS, dış kiriş olmadan kendini sürekli olarak sürdüremez.Bu, hızlandırıcı bir güvenlik özelliği sunar: eğer hızlandırıcı bir nükleer santralde hızlanırsa, reaksiyon duraklama durur. ADS, uzun ömürlü bir nükleer atık (düşümümlü) ilerleyici bir şekilde çalışır.

Thorium-Based Nükleer Sistemlerin Avantajları

thorium için yenilenmiş coşku, geleneksel uranyum-plutonyum döngüsü üzerinde çeşitli iyi bilinen potansiyel avantajlara dayanıyor. Ancak, bu avantajların belirli reaktör tasarımına ve yakıt döngüsü mimarisine bağlı olduğunu belirtmek önemlidir.

Geliştirilmiş Güvenlik Profilleri

Birçok thorium reaktör tasarımları, özellikle de tuz ve hızlandırıcı sistemler, düşük basınçta çalışır ve pasif çürümeye güvenir.Mülte tuz reaktörleri, hidrojen patlamalarının riskini ortadan kaldırır ( Fukushima'da meydana gelir) çünkü yakıtın sıvı bir şekilde yok edilmesi, bu yüzden temel olarak sıvı bir depolama tankını ekstra bir şekilde azaltılabilmesi için daha fazla negatif sıcaklık katar.

Uzun Canlı Radyoaktif Atık Azaltıldı

U-238 tarafından elde edilen ve plutonyum yakıt döngüsünin en önemli çevresel avantajları uzun ömürlü transuranic atıklar ile azaltılır. Geleneksel bir uranyum reaktöründe, nötron yakalama ürünleri büyük ölçüde aynı, ama tehlike dönemi, daha kısa ömürlü bir süre ile belirlenir (örneğin, on binlerce yıl boyunca) ve mezar döngüsünden daha fazla jeolojik işlemden gelen bir miktarlar, bu elementlerin yalnızca izlerinin izlerini taşır.

Abundant Yakıt ve Proliferasyon Direnişi

Thorium, dünya çapındaki en büyük tonluk depozitosu olan, yüksek olmayan bir enerji güvenliği açısından tahmin edilen kaynaklarla, özellikle de ABD'nin ürettiği U-233'ün üretimine karşı daha dayanıklı olduğunu tahmin ediyor.

Zorluklar ve Ticarileştirmelere

Zorlu teorik yararlarına rağmen, thorium teknolojisi henüz ticari uygulanabilirliğe sahip değildi. Çeşitli ilgili teknik, ekonomik ve düzenleyici engeller otuzlu yıllardan önce aşılmalıdır.

Teknik ve Malzeme Challenges

molten tuz reaktörleri için, malzemeler korozyon birincil bir endişe kalır. Molten fluoride tuzlar kimyasal olarak agresiftir, özellikle yüksek sıcaklıklarda ve irradiasyon altında. Nickel tabanlı süperalloys ve grafiksel olarak test edilmiştir, ancak uzun vadeli bir performans reaktör ortamında, tritium-233 (yarı ömrü - 27 gün) aynı zamanda problemlidir: nötron absorpsiyonunu önlemek için reaktörden çıkarılması gerekir, ancak işlem sıcak-telif tesislere ihtiyaç duyar ve yakıt döngüsüne eklenmez.

Katı yakıtlı ton reaktörler için, tomül bazlı yakıt üretimi, ThO2'nin kimyasal istikrarı ve Pa-233'ün düşük ısı iletkenliği ile ThO2 için tasarlanmıştır.

Ekonomik ve Altyapı Engelleri

Küresel nükleer endüstri, uranyum yakıt tedarik zincirleri, zenginleştirme tesisleri ve ışık su reaktör tasarımları için milyarlarca dolar yatırım yaptı. Yeni yakıt üretim tesisleri, yeniden işleme tesisleri ve MSR'lar için, sıvı yakıt reaktörleri için farklı bir düzenleyici çerçevede yatırım yapmak zorunda kalacaktı.

Bir başka ekonomik düşünce, bir başlangıç malzemesi için ihtiyaçtır. Bir tonyum yetiştiricisinde bile, ilk temel, U-235 veya plutonyumu zincir reaksiyonu başlatmak için içermelidir. Ülkeler için zenginleştirme yetenekleri olmadan, bu dış fissile materyaline olan bağımlılık, bazı yakıt bağımsızlık yararlarına engel olabilir.

Düzenleme ve Licensing Landscape

Çoğu ülkede nükleer düzenlemeler sağlam yakıt, hafif su reaktörleri için yazılır. Molten tuz reaktörleri, sıvı yakıtlarıyla sürekli yeniden işleme ve mevcut lisans kategorilerinde uygun olmayan bir şekilde onaylar. ABD Nükleer Düzenleme Komisyonu, örneğin, sadece son zamanlarda su reaktörleri için bir çerçeve geliştirmeye başladı.

Mevcut Küresel Girişimler ve Pilot Projeler

Çeşitli ülkeler aktif olarak thorium reaktör araştırma ve geliştirme peşinde, genellikle küçük ölçekli deneysel tesisler veya hükümet destekli programlar ile.

  • [FONT:0]Hindistan: [Dönetici: [Dönetici] Hindistan, büyük tomuz rezervleri ve sınırlı uranyumu tarafından yönlendirilen en hırslı tonyum programına sahiptir; (3) bir tonyumda faaliyet gösteren Hint Atom Enerji Bölümü, üç aşamalı bir plan geliştirdi: (1) PHWR'ler plutonyum üretmek için; (2) şu anda plutonyumu sert bir reaktöre ve U-233'ü otuz kW'ı sert su reaktörüne işletmektedir.
  • [FONT:0) Çin: [DÜDÜT:1] Çin, 2020'lerin sonlarında molten tuz reaktörü geliştirmek için bir konseri başlattı. Çin, 2035'te sağlam yakıt bombacısının 2 MWt molten tuz deneysel reaktörünü (TMSR-LF1) inşa ediyor.
  • [FONT:0]Norveç: [Dönetici: 0] Thor Energy, özel Norveçli bir şirket, Halden araştırma reaktöründe otuzlu yakıtın irradiasyon testleri gerçekleştirdi.
  • [FONT:0]Birleşik Devletler: [Dönetici: 0:1] TerraPower gibi özel şirketler henüz büyük ölçekli dağıtım için seçilmiş değil.
  • [FONT:0)Uluslararası Atom Enerji Ajansı (IAEA) bir Thorium Yakıt Çevrimi Koordinasyon Ağı'nı koruyor ve yayınlar:2) thorium) ile ilgili teknik raporlar [Dış IV Uluslararası Forum, aday tasarımları arasında molten tuz reaktörleri ve gaz soğutmalı hızlı reaktörler içeriyor.

Global Enerji Mix'ta Thorium'un Geleceği

thorium reaktör ticarileştirme için zaman çizelgesi tahmin etmek belirsizdir. Tam ölçekli otuzlu yıllardaki güç reaktörünün işlettiği ve dünya çapındaki nükleer inşaat projelerinin aşırı yükleri ve gecikmeleri tahmin etmek makul, thorium'un 2040-2050'den önce elektrik üretimine önemli bir katkı sağlamayacağını, belki de uzaktan güç veya işlem ısısı gibi niş uygulamalardan başka bir şekilde kullanılmasını beklemek makul.

Bununla birlikte, thorium belirli bağlamda daha önemli bir rol oynayabilir. büyük tomyum rezervleri (Hindistan, Brezilya, Avustralya) ithalat bağımlılığını azaltmanın bir yolu olarak toplanabilir.As uranium fiyatları sonunda yükselir ve karbon kısıtlamaları daha da sıkıya mal olabilir, çünkü thorium yetiştiriciliği için ekonomik durum daha da iyileşebilir.

Komling thorium reaktörleri gibi tümleşik yaklaşımlar, endüstriyel enerji santralleri, hidrojen üretimi veya endüstriyel ısı ile, erken gelir akışları sağlayabilir ve pilot projeleri haklı çıkarabilir. Örneğin, yüksek sıcaklık MSRs, 700-800 °C'de endüstriyel ısı üretebilir, kimyasal süreçler veya sentetik yakıt üretimi için uygun, temel elektrik yükünün ötesine genişletebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Thorium tabanlı reaktörler, bir sonraki nükleer enerji üretimi için zorlayıcı bir vizyon sunuyor: belirli reaktör tasarımlarında ve yakıt döngüsü seçeneklerinden daha güvenli, daha temiz ve daha sürdürülebilir. temel fizik ve kimya iyi kurulmuş ve potansiyel faydalar – temiz yakıt ve direnç - kesintiye uğramayacaklar – gerçek, ancak belirli reaktör tasarımları ve yakıt döngüsü seçeneklerine karşı işbirliği yapıyorlar.

Bu girişimlerin başarısı, özellikle Hindistan ve Çin'de, bu girişimlerin başarısı, sürekli olarak devam eden siyasi iradeye, malzemelerdeki inovasyona ve yeniden işlemeye ve yeni bir dizi nükleer portföye sahip olabilecek bir düzenleyici ortamdır.