Thorium energi i Rusland og fremtiden for superteknologi

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Valery Konstantinovich Larin, en af verdens førende eksperter i thoriumenergi, medlem af ekspertrådet for Rare Lands magazine, Doctor of Technical Sciences, tidligere administrerende direktør for flere af de største virksomheder i Sredmash, om tillidskodeksen, ny muligheder i udviklingen af Arktis, evolutionen og den lyse fremtid for atomkraft, som ikke kan forestilles uden brugen af et unikt grundstof - thorium.

Hvad er thorium? Hvad er dens fordele og ulemper? Hvorfor er thorium allerede valgt i andre lande? sidste opkald inden det store show, som vi måske ikke får en invitation til, hvis vi i dag går glip af vores chance for at skabe thorium-superteknologi til den nye teknologiske æra.

Thorium som et alternativ til uran

Thorium er flere gange mere udbredt i jordskorpen end naturligt uran. Thorium og en af de isotoper, der findes i det, uran-232, kan være en ret effektiv kilde i atomkraft i stedet for det meget brugte brændstof baseret på den 235. isotop af uran. Thoriumenergi har en række kolossale fordele. Hvilke? For det første sikkerhed: der er ingen overdreven reaktivitet i en reaktor, der bruger thorium som batteri. Dette er en garanti for ikke-gentagelse af sådanne forfærdelige katastrofer som Three Mile Island i Amerika, som Tjernobyl, som Fokushima. Selv akademiker Lev Feoktistov skrev, at enhver atomreaktor, der opererer i nutidens konfiguration og teknologi, har en vanvittig overskudsaktivitet. Faktisk er der flere dusin eller endda hundredvis af bomber i en reaktor, hvilket tvinger os til at tage meget seriøse foranstaltninger til beskyttelse: fælder, specielle designs og så videre, hvilket naturligvis i høj grad øger omkostningerne til produktion og vedligeholdelse. Den anden fordel ved thoriumenergi er, at der ikke er problemer med affaldsbortskaffelse. Vi er tvunget til at genoplade brændstof i nuværende VVER-reaktorer hvert halvandet år. Der er tale om 66 tons aktivt stof, som skal påfyldes én gang. Desuden er graden af udbrændthed ikke så høj, der er meget affald tilbage, hvilket er behæftet med en række vanskeligheder. Jeg mener den sekundære bortskaffelse af aktive elementer, plutonium produceres i store mængder. Thorium energi har ikke alt dette. Hvorfor? Thorium har en meget længere halveringstid – i praksis ti år eller mere. Dette giver mere effektiv brug, lavere omkostninger til af- og aflæsning, øget kapacitetsfaktor og så videre. Ja, det må indrømmes, at der på grund af thoriums forskellige halveringstid dannes andre aktinider, mere aktive, men på nuværende tidspunkt er dette problem ret løseligt. Men der er også store plusser. Enig, der er forskel: halvandet år og ti år?

Det vigtigste mineral, der indeholder thorium, er monazit, som indeholder sjældne jordarter. Derfor, når vi taler om thorium som brændstof til fremtidig energi, som det næste trin i udviklingen af kerneenergi, vil vi naturligvis tale om den komplekse forarbejdning af monazitråmaterialer og adskillelsen af sjældne jordarter - dette gør i det væsentlige brugen af thorium kommercielt mere økonomisk og attraktivt. Der er et meget alvorligt potentiale for udvikling af energi, økonomi og mineindustrien. Thorium findes i Rusland i form af monazitsand. Denne teknologi skal være industrielt udviklet, afprøvet og vigtigst af alt omkostningseffektiv. Alt kan laves i laboratoriet.

Problemet med at finde thoriumaflejringer ligner problemet med at finde aflejringer af sjældne jordarters metaller - dets evne til at koncentrere sig er svag, og thorium er meget tilbageholdende med at samle sig i nogen væsentlige aflejringer, da det er et meget spredt element i jordskorpen. Thorium findes i små mængder i granit, jord og jord. Thorium udvindes normalt ikke separat; det genvindes som et biprodukt under udvinding af sjældne jordarters grundstoffer eller uran. I mange mineraler, herunder monazit, erstatter thorium let det sjældne jordarters element, hvilket forklarer thoriums affinitet med sjældne jordarter.

Thorium(Thorium), Th er et kemisk grundstof i III-gruppen i det periodiske system, det første medlem af actinidgruppen. I 1828, ved at analysere et sjældent mineral fundet i Sverige, opdagede Jens Jakob Berzelius et oxid af et nyt grundstof i det. Dette element blev navngivet thorium til ære for den almægtige skandinaviske guddom Thor (Thor er en kollega af Mars og Jupiter, guden for krig, torden og lyn). Berzelius formåede ikke at opnå rent metallisk thorium. Et rent præparat af thorium blev først opnået i 1882 af en anden svensk kemiker, opdageren af scandium, Lars Nilsson. Radioaktiviteten af thorium blev opdaget i 1898 uafhængigt af hinanden samtidigt af Maria Sklodowska-Curie og Herbert Schmidt.

Vi skal udvikle vores egen produktion

På et tidspunkt blev der skrevet rapporter til Efim Pavlovich Slavsky og Igor Vasilyevich Kurchatov om, at det var nødvendigt at skifte til thoriumcyklussen. Og thoriumkraftteknik blev eksperimentelt udført: reaktorer var i drift i Mayak og i Tyskland. Men på samme tid var det nødvendigt at udvikle en militær retning relateret til energi og følgelig arbejde med plutonium, og thoriumprogrammet blev frosset. Derfor er beslutningen, som blev truffet af vores formand, om, at det er nødvendigt at starte arbejdet i denne retning, styrke og måske endda fremskynde, meget korrekt og rettidig. I dag vil ingen give os en ny chance. Kina, Indien og de skandinaviske lande har et meget seriøst thoriumprogram. Snart vil alle gå så langt, at vi ikke vil indhente nogen. Kina er gået så langt i udviklingen af sjældne jordarters industri med sin egen malmbase, at vi ikke vil skræmme Kina med dette i dag. Vi kunne indhente Kina og var nødt til at gøre alt for at Kina fra os, mindst et trin, to blev holdt i baggrunden i atomteknik, i atomteknologier. Men desværre viger vi også her. Kina er ivrig efter at komme ind på markedet med sine atomreaktorer, med sin egen teknologi. Og jeg kan forsikre dig om, at givet den position, vi har nu, vil vi tabe denne kamp.

De tilbyder allerede laveffektreaktorer, og desværre vil de industrialisere de flydende reaktoranlæg hurtigere end os – vores ministerkammerater er meget interesserede i disse reaktorer, i stedet for at udvikle deres egen produktion. Vi skal udvikle os. For eksempel er gasreaktorer, højtemperaturgaskølede reaktorer i virkeligheden en meget lovende retning. Men af en eller anden grund gør vi det også meget langsomt, frygtsomt, inert.

Desværre var vi gennem 1990'erne domineret af ideologien om, at det er nemmere og billigere at købe sjældne jordarter, for eksempel i Kina, end at lave vores eget produkt.

Hvor meget koster nyt brændstof

Producenterne er konservative. Og deres konservatisme er berettiget. Filosofien for produktionsmedarbejderen er klar: Jeg har en velfungerende produktion, jeg arbejder, jeg er ansvarlig for planen, for produktionen, for de mennesker, der arbejder. Enhver innovation bringer mig risici. Risici for noget nyt, som skal opleves, og samtidig er nogle fejlfunktioner, overlejringer og så videre altid mulige. Har jeg brug for det? Jeg vil hellere leve i fred. Derfor er konflikten mellem sådanne interesser: udvikling, fremme af det nye og synspunktet for en konservativ produktionsarbejder, det har altid været, er og vil være. En anden ting er, at det er nødvendigt at overvinde det rationelt.

I dag er der sorter af uranbrændstof: nitrid, keramik, brændstof med tilføjelse af sjældne jordarter. Et meget stort antal muligheder. Og sker det uden omkostninger, uden penge? Absolut ikke. For at opnå et nyt brændstof baseret på thorium er det nødvendigt at udvikle en teknologi til fremstilling af disse materialer. Og før vi siger, at thoriumenergi er meget dyrere end uran, skal vi gøre en simpel ting - en sammenlignende økonomisk analyse. For eksempel, hvis en smelte af thoriumfluorid bruges som brændsel til en reaktor, forekommer det mig, at det ikke er så dyrt at skaffe thoriumfluorider. Hvis vi modtager brændstof i form af sfæriske elementer - dette er den anden mulighed, keramik - den tredje mulighed. Desuden taler vi her først og fremmest om råvarer, om monazit, og spørgsmålet om pris vil blive bestemt under hensyntagen til den komplekse brug. Det vil sige udvindingen af hele mængden af sjældne jordarter, uran og zirconium fra monazit - alt dette vil for alvor reducere omkostningerne ved at producere brændstof baseret på thorium.

Lidt om hurtige reaktorer. Det er ligegyldigt med hvilken teknologi, på hvilken reaktor, i hvilken designversion at bruge hurtige neutroner, antænde et naturligt materiale - i en eller anden mængde vil der stadig blive genereret affald. Og affaldet skal genanvendes. Hvis vi taler om renheden af metodologi og begreber, er der som sådan ingen lukket cyklus og kan ikke være det. Men i muligheden for thoriumenergi vil der være mindre aktivt affald, der skal genanvendes.

Jeg er overbevist om, at vi under alle omstændigheder gradvist vil skifte til thoriumenergi, især da den seneste forskning og beregninger fra fysikere fra Tomsk Polytekniske Universitet, teoretisk beregning af kernen, viser, at en evolutionær overgang til thoriumenergi er mulig i forhold til lys -vandreaktorer. Det vil sige ikke umiddelbart en revolution, men en gradvis overførsel af kernen i eksisterende letvandsreaktorer med en delvis udskiftning af kernen fra uranbrændsel til thorium.

Før du hænger frimærker på, at det er dårligt, og det er godt, skal du seriøst tage fat på den rigtige forretning. Lad os sige, at vi laver et par brændstofstænger og kører det hele på testbænke. Fjern alle kernefysiske karakteristika. Der skal laves meget forskning og langsigtet. Og jo længere vi forsinker, og argumenterer for, at det er svært og svært, jo mere vil vi sakke bagud i udviklingen. Du skal gøre alt til tiden. På et tidspunkt var Sredmash engageret i dette, modtog metallisk thorium hos vores virksomheder, og disse teknologier var tilgængelige. Det er nødvendigt at rejse den gamle erfaring, gamle rapporter, de er sikkert alle sammen bevaret i arkiverne, og eksperter vil finde det. Med hensyn til det, der er blevet gjort og nye muligheder, er det nødvendigt at fortsætte det hele.

Nogle thoriumforekomster i Rusland:

• 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 videre

Der er et enormt behov for serielle mobile og stationære kraftværker med ultralav og lav effekt (fra 1 til 20 MW), som kan bruges som energi- og varmekilder i udviklingen af nordlige territorier, udvikling af nye aflejringer der samt at levere elektricitet til fjerntliggende militærgarnisoner og store flådebaser i flåderne i Nord- og Stillehavet. Disse anlæg bør have så lang en driftsperiode som muligt uden genladning af nukleart brændsel, under deres drift bør de ikke akkumulere plutonium, de skal være nemme at vedligeholde. De kan ikke fungere i uran-plutonium-kredsløbet, fordi plutonium ophobes under brugen. I dette tilfælde er et lovende alternativ til uran brugen af thorium.

Energiproblemet i Arktis er problemet nummer et. Og dette skal håndteres helt klart. Lige nu, i Zhodino, har vores kære hviderussiske venner lavet verdens største BelAZ med en bæreevne på 450 tons. For at denne "BelAZ" skal fungere normalt, drives alle dens hjulsæt separat, der er en separat motor for hvert hjul. Men for at få elektricitet er der to enorme dieselmotorer, der driver elektriske generatorer, de distribuerer alt til disse elektriske motorer. Lad os lave en lille thoriumreaktor, og den skal ikke installeres direkte på denne BelAZ. Du kan lave forskellige muligheder. For eksempel ville det være meget effektivt at bruge laveffekt thoriumreaktorer til brintproduktion. Og overføre alle motorer til brint. I den forbindelse får vi teoretisk set et strålende billede, for når vi forbrænder brint, får vi vand. Absolut "grøn" energi, som alle drømmer om. Eller vi vil lave atomkraftværker baseret på laveffektreaktorer. Med den videre udvikling og udforskning af Arktis vil mobile lokale reaktorer, reaktorinstallationer med lav effekt, fra mit synspunkt give en skør nationaløkonomisk effekt. Bare tosset. De skal være præcis mobile, lokale, mobile. Og jeg tror, at det ikke er så svært at lave reaktorer med lav effekt på thorium med en optankningsperiode på ti år eller mere i Arktis. Ja, det er muligt at lave laveffektreaktorer ved hjælp af eksisterende teknologier: Lad os tage de reaktorer, som vi har i flåden, på ubåde og atomdrevne skibe. Lad os tage dem på. Lad os begynde at udnytte. Alt dette kan lade sig gøre. Men vanskeligheder med drift og nedlukning, lastning, losning og fjernelse under de barske forhold på nordlige breddegrader vil i høj grad komplicere brugen af denne type installation.

Endnu et illustrativt eksempel. I de enorme Yakut-brud i Alrosa, ved mineunderafdelingerne i Lebedinsky GOK, bruger vi, når vi udvinder jernmalm, kraftige BelAZ eller Caterpillars, og der er et stort problem med at lufte stenbruddene fra udstødningsemissioner og efter massive eksplosioner for at bryde malm. Hvad anvendes? Op til flyhelikoptermotorer, men de kører også på fossilt brændstof, petroleum osv., til gengæld sker der sekundær forurening af stenbruddet. Ved skift til køretøjer med thoriumbaserede reaktorer er der ikke behov for at ventilere åbne gruber, brændstof- og smøremiddellagre er ikke nødvendige mv.

Det er et chok for mig, når Rusland, Sovjetunionens juridiske efterfølger, ikke er i stand til at forsyne sin atomindustri med en naturlig komponent, uranråmaterialer. Jeg forstår det ikke, men jeg er opdraget i en gammel skole og arbejdede ikke andre steder end Sredmash. Det er ingen joke, for noget tid siden, at dømme efter Rosatoms officielle kilder, var vi tvunget til at købe råvarer i Australien.

Russiske virksomheder, siger de, er urentable, men i dette tilfælde, hvorfor er lignende virksomheder i Ukraine, hvor også underjordisk minedrift og indholdet af metal i malm, der ligner vores, rentable? Sandsynligvis er behovet kommet, staten skal have statslige reserver af strategiske materialer til udvikling af atomenergi såvel som for industrien generelt. Under hensyntagen til sådanne tricks, der finder sted (sanktioner osv.), kan vi til enhver tid blive sat i en meget, meget ubehagelig, afhængig position.

Hvor det handler om principielle forhold, om statens sikkerhed, ikke kun ud fra et forsvarskapacitetssynspunkt, er statssikkerhed et rummeligt og kæmpestort begreb, og det handler ikke kun om våben. Det er mad og andre strategiske ting.

Hvor er hovedkvarteret for analytikere og specialister?

Det forekommer mig, at der under ethvert ministerium burde være en slags hovedkvarter for analytikere, rådgivere, grå kardinaler, hvis du vil, kald dem hvad du vil, som skal analysere en enorm mængde information og adskille hveden fra avnerne, definere udviklingsstrategien. Desværre, især i dag, træffes beslutninger ofte uden ordentlig analyse. Ledelsen af industrien bør være engageret i analyser og strategisk planlægning, klart forstå, i hvilken retning industrien vil udvikle sig yderligere. Og dette bør være baseret på de rigtige analyser.

Den dårlige nyhed er, at vi virkelig har glemt begrebet "kritiske metaller", om hvad der er nødvendigt for udviklingen af atomindustrien, for dens uafbrudte drift. Efter min forståelse er yttrium, beryllium, lithium hårdt tiltrængt, en medium tung gruppe er hårdt tiltrængt - disse er neodym, praseodym, dysprosium. Disse elementer er virkelig nødvendige i de næste 5-10-15 år. Ja, vi har besluttet, at vi har brug for disse elementer. Jeg vil stille et enkelt spørgsmål: Herrer chefer, herrer teknologer, vi modtog disse elementer. Hvad skal vi med dem? Har vi en sekundær industri klar til at lave produkter af disse elementer? Hvem vil gøre, hvis der er disse virksomheder? Først kan de fortælle os, at ja, vi lavede prototyper. Spørgsmålet er anderledes. Har du gjort noget, der er konkurrencedygtigt? Dette produkt er russisk, og vil det være et produkt, der er bedre i sine egenskaber end tysk, og så videre? Det er ligesom et tv. For dig som forbruger sætter vi et russisk tv og et japansk tv. Jeg er sikker på, at du vil købe japansk. Det er spørgsmålet - er industrien klar til at bruge sjældne jordarter korrekt og i den rigtige retning. Er vi klar til at lave et konkurrencedygtigt produkt ud af dem, eller har vi produceret sjældne jordarter til at sælge på markedet? Kina med vores sjældne jordarter vil ikke lukke os ind på markedet. Der er et kompleks af problemer, som vi skal løse på en omfattende måde, men vi erklærer kun.

Men meget værre er ældningen af personalet, potentialet i ministeriet, i det statslige selskab. Og det er desværre især tydeligt i råvaredivisionen. Og råvaredivisionen er rygraden. Hvis du ikke har råvarerne, så er der ikke noget at lave noget af. Jern kan bygges, men hvordan kan jernet fodres? Vi siger ikke forgæves, at vi skal tænke og overveje de mange forskellige kilder til råmaterialer, herunder thorium. Sammen med dette bør man ikke glemme uran, man bør ikke glemme de akkumulerede reserver (naturlig komponent 238 i forskellige former). Alt dette bør bruges i et snævert fokuseret, kompetent, normalt, jordet segment, i forskellige versioner. Du kan ikke sende en Harvard-kandidat til en mine eller en advokat til et metallurgisk værksted. De vil ikke tage dertil. Og hvem uddanner sådanne specialister nu? I Uralerne var der en hel industri direkte relateret til ministeriet for mellemstore maskinbygning, kemiteknik. De mest kraftfulde kemiske ingeniøranlæg i Ural.

Fordele ved at bruge thorium:

+ Rentabilitet. Thorium har brug for omkring halvt så meget som uran for at producere den samme mængde energi.

+ Sikkerhed. Thorium-drevne atomreaktorer er sikrere end uran-drevne reaktorer, fordi thorium-reaktorer ikke har nogen reaktivitetsmargin. Derfor er ingen skade på reaktorudstyret i stand til at forårsage en ukontrolleret kædereaktion.

+ Bekvemmelighed. På basis af thorium er det muligt at skabe en reaktor, der ikke kræver tankning.

Tre ulemper ved at bruge thorium:

- Thorium er et spredt grundstof, der ikke danner sine egne malme og aflejringer, dets udvinding er dyrere end uran.

- Åbning af monazit (et mineral, der indeholder thorium) er en meget mere kompleks proces end at åbne de fleste uranmalme.

- Der er ingen veletableret teknologi.

Det er en paradoksal ting - i dag uddanner intet universitet i Rusland specialister i kemiteknik. Og hvordan bliver apparaterne designet generelt uden specialister? De gamle vil gå. Bring en prøve til VNIIKhT nu, der er ingen til at skære den. Hvis jeg tager fejl, så skriv, at Valery Konstantinovich tager fejl. Dette vil være korrekt og korrekt. Her informerer vi dig om, at sådan og sådan et universitet forbereder sig. Jeg vil kun være glad for, at jeg tog fejl, oprigtigt glad. Jeg siger dette af personlig erfaring. Jeg var for nylig i Ural og mødtes med folk, der arbejder i denne industri, det er deres ord. De fortalte mig: "Om fem år kan du glemme, at der var sådan en industri som kemiteknik i Rusland."Det er folk, der har erfaring med design og skabelse af enheder til kemiteknik: specielle tørretumblere, specielle ovne, enheder til nedbrydning, til kemisk nedbrydning. Dette er en særlig gren af teknologi, der involverer arbejde med syrer, under termiske forhold, på trykbeholdere.

Hvor ellers bruges thorium?

1 Thoriumoxid bruges til fremstilling af ildfast keramik.

2 Metallisk thorium bruges til legering af lette legeringer, som især er meget udbredt inden for luftfart og raketteknologi.

3 Multikomponent magnesiumbaserede legeringer indeholdende thorium bruges til dele af jetmotorer, styrede projektiler, elektronisk udstyr og radarudstyr.

4 Thorium bruges som katalysator i organisk syntese, oliekrakning, syntese af flydende brændstof fra kul og hydrogenering af kulbrinter.

5 Thorium bruges som elektrodemateriale til nogle typer vakuumrør.

Hvorfor har du brug for en direktør?

Jeg var generaldirektør for de tre største virksomheder i Sredmash. Det er jeg stolt af, og jeg ved, hvordan forholdet er opbygget mellem mig som direktør for virksomheden, hovedbestyrelseschefen og ministeren. Jeg traf beslutninger inden for rammerne af bevillinger og kompetencer, som jeg havde. Og jeg var ansvarlig for dette. Vi tog beslutninger, vi kørte test. Berettiget? Ja. Men vi gjorde det. Så på grundlag af alt dette begrundede og beviste vi behovet for sådanne beslutninger. Vi skal gøre dette, vi skal implementere det, det er i logikken i industriens udvikling, det er nødvendigt, og så videre. Nu venter alle på holdet fra Moskva, hvad skal vi gøre?

Ethvert system af relationer, ethvert system i industrien, i den nationale økonomi og andre steder - dette er et system af tillid. Hvis du sætter direktøren, så betyder det a) at du stoler på ham, b) hvis du stoler på ham, giver du ham en vis ramme for frit flydende. Men direktøren, kommandanten, som er ansvarlig for produktionen, for mennesker, for sikkerhedsforanstaltninger, for opfyldelse af planen, for en million af alle funktioner, kan ikke konstant ringe fra Moskva og irettesætte: det skal du ikke gøre, don 'ikke se her, gå ikke derhen'. Hvis der sker noget i produktionen, vil instruktøren være ansvarlig, og ikke ham, der trækker ham fra Moskva. Nu kan direktøren for virksomheden, undskyld mig, ikke købe et stykke sæbe. Alt går gennem Moskva, gennem udbud. Men hvis ja, hvorfor har du så brug for en direktør? Fjern ham og befal fra Moskva, hvad der skal gøres.

Det er et spørgsmål om tid

Forskere, der seriøst er involveret i hurtige reaktorer, er helt på det rene med, at den egentlige opstart er planlagt til 2030. Før planlægger ingen noget. Der er mange problemer. Smeltet bly er en ætsende væske. Blystrømmen i kølerørene er et spørgsmål om spørgsmål: hvad sker der ved grænsefladen, hvad er kendetegnene ved grænselagene, hvordan masseoverførsel og varmeoverførsel ændrer sig, spørgsmål, spørgsmål, spørgsmål. Faktum er, at grænselagene har helt forskellige fysisk-kemiske egenskaber, der er helt forskellige koefficienter for masseoverførsel, varmeoverførsel osv. Bly skal være af en vis kvalitet, med det nødvendige iltindhold. Der er mange spørgsmål. Er der svar på disse spørgsmål? Ved ikke. Vi har brug for tal, beregninger.

Hvad angår thorium, afhænger det hele af, hvordan vi organiserer det, hvordan vi arrangerer det konstruktivt, hvilken slags logistik og hvem der skal styre projektet. Hvis vi er i stand til at gøre dette kompetent, vil vi udvælge specialister, der brænder for ideen om thoriumenergi, vi vil tildele midler, en særlig forskningsreaktor kun til disse formål, med brændstofproduktion, jeg tror, vi vil opfylde det praktiske resultat på ret kort tid, som det var i fyrrerne og halvtredserne … Laboratorierne har allerede lavet en betydelig del af arbejdet med kernens fysik, på forarbejdning af monazit med selektiv frigivelse af thorium og produktion af sjældne jordarter. Alt, hvad der er gjort før, skal akkumuleres, analyseres og samles inden for rammerne af arbejdsgruppen om udvikling af thoriumenergi. Og arbejde.