ISSN 2409-546X
ПИ № ФС77-61102
8-800-555-1487

Торий — лучший источник энергии

Библиографическое описание: Красовская М. Г., Липатова М. А. Торий — лучший источник энергии // Юный ученый. — 2017. — №1. — С. 62-68. URL: http://yun.moluch.ru/archive/10/656/ (дата обращения: 24.09.2018).





Мы с интересом следим за экспериментами и открытиями в области альтернативной энергетики, но, отдаём себе отчёт, что обеспечить большую мощность, ценой сравнительно малых затрат могут только традиционные направления. Среди которых важная роль отводится ядерной энергетике.

Несмотря на все споры и разногласия по поводу ядерной энергетики атомные электростанции продолжают строиться и эксплуатироваться. Одна из причин — экономичность. Простой пример: 40 цистерн мазута или 60 вагонов угля производят столько же энергии, сколько 30 килограммов урана.

Если говорить о безопасности АЭС в плане воздействия на здоровье работников и людей, живущих в их радиусе, то Международное Агентство по Атомной Энергии (МАГАТЭ) считает годовую дозу 50м3в не опасной для жизни и здоровья, а по российским нормам, которые одни из самых строгих в мире, максимальная годовая доза составляет 20 м3в. Что является эквивалентом 20 снимкам на старом рентгеновском оборудовании. Контроль над облучением персонала производится с помощью современного оборудования и специальных приборов, благодаря которым сотрудник, попадающий в «грязную» зону, находится под присмотром специалистов. Информация о его состоянии передается на цифровое табло через прибор, который работник получает перед входом. Экскурсионные группы, которые посещают АЭС, тоже снабжаются дозиметрами.

Огромный штат сотрудников, работающий на АЭС, выполняет большое количество разнообразных работ, но дозовые нагрузки в большей степени исключены. Работники административного сектора вообще не подвергаются облучению. Более 70 процентов общей коллективной дозы принимают на себя работники, которые производят работы на радиоактивном оборудовании. Но даже они не получают облучение выше 20м3в суммарно за год. Помимо сравнительно недавних аварий на Чернобыльской АЭС и Фукусиме, где атомщики и представители общественности умерли в результате воздействия сильной радиации из-за взрыва ядерного реактора, большинство серьезных радиологических травм и смертельных случаев, которые происходят каждый год (2–4 случаев смерти и многие другие отрицательные воздействия радиации на людей выше нормативных ограничений) являются результатом больших неконтролируемых источников излучения, таких как заброшенного медицинского или промышленного оборудования.

Таким образом, можно сделать вывод, что АЭС безопасны для здоровья людей.

Говоря об экологии, если принять во внимание все стадии различных способов получения электроэнергии, то по влиянию на окружающую среду атомные станции окажутся самыми дружелюбными. При штатной работе и грамотной утилизации отходов они скорее облагораживают близлежащие районы, давая им возможность развиваться. Вокруг атомных станций растут современные города, в которых уровень жизни высок, а радиации — настолько низок, что не превышает фоновый. Подогретая вода из контура охлаждения используется для разведения рыбы, а незамерзающие озера становятся местом отдыха жителей и туристов.

Есть даже исследования, которые показывают, что использование ядерной энергии сохраняет жизни людей (по сравнению с нефтедобычей и угледобычей). Это происходит из-за токсичных выбросов, производимых угольными, газовыми и нефтяными станциями. Вывод из исследования, проведенного Пушкер А. Харечей и Джеймсом Э. Хансеном в НАСА Годдард Институте космических исследований и Институте Земли Колумбийского университета звучит следующим образом: “Используя исторические данные о производстве, мы рассчитали, что глобальная ядерная энергетика предотвратила в среднем 1,84 млн. смертей в результате загрязнения воздуха и 64 гигатонны эквивалента выбросов парниковых газов, которые стали результатом сжигания ископаемого топлива. На основе глобальных данных проекции, которая учитывают последствия аварии на Фукусиме, мы видим, что ядерная энергетика может дополнительно предотвратить в среднем 420 000–7.04 миллиона смертей и 80–240 гигатонны выбросов эквивалента СО2 за счет ископаемого топлива, в зависимости от того, какое топливо она заменяет.”

По данным 2012 года, в мире на атомных (ядерных) электростанциях за исключением атомных электростанций, установленных на морских судах, производилось 11 % всей электроэнергии. Это несколько меньше, чем на гидроэлектростанциях (16 %). Всего на электроэнергию приходится около 25 % энергопотребления человечества. Остальное мы получаем от ископаемого топлива в таких секторах, как транспорт, производство, отопление домов. Вклад ядерной энергетики в суммарное потребление энергии составляет около 2.5 %, что немного больше, чем от «новых возобновляемых источников энергии» (ветер, солнечная энергия, биотопливо, геотермальная энергия, которые совместно давали 2 % мирового конечного потребления энергии в 2014 году. По сведениям МАГАТЕ в 2013 году в 31 стране работало 437 гражданских ядерных реакторов. Впрочем, не все они были предназначены для выработки электроэнергии. Кроме того, на 140 кораблях использовалось 180 ядерных двигательных установок. По свидетельству МАГАТЕ в 2015 году в 15 странах строилось 67 атомных электростанций. Более половины − в Азии, в частности, 28 в КНР.

Основным элементом атомной электростанции является ядерный реактор. В нём протекает цепная ядерная реакция, в результате которой выделяется тепло. Реакция эта управляемая, именно поэтому мы можем использовать энергию постепенно, а не получаем ядерный взрыв.В активной зоне реактора располагаются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) — ядерное топливо. Они собраны в кассеты, включающие в себя по несколько десятков ТВЭЛов. По каналам через каждую кассету протекает теплоноситель. ТВЭЛы регулируют мощность реактора. Ядерная реакция возможна только при определенной (критической) массе топливного стержня. Масса каждого стержня в отдельности ниже критической. Реакция начинается, когда все стержни находятся в активной зоне. Погружая и извлекая топливные стержни, реакцией можно управлять.

Итак, при превышении критической массы топливные радиоактивные элементы, выбрасывают нейтроны, которые сталкиваются с атомами. В результате образуется нестабильный изотоп, который сразу же распадается, выделяя энергию в виде гамма излучения и тепла. Частицы, сталкиваясь, сообщают кинетическую энергию друг другу, и количество распадов в геометрической прогрессии увеличивается. Это и есть цепная реакция — принцип работы ядерного реактора. Без управления она происходит молниеносно, что приводит к взрыву. Но в ядерном реакторе процесс находится под контролем.

Таким образом в активной зоне выделяется тепловая энергия, которая передается воде, омывающей эту зону (первый контур). Здесь температура воды 250–300 градусов. Далее вода отдаёт тепло второму контуру, после этого — на лопатки турбин, вырабатывающих электрическую энергию. Преобразование ядерной энергии в электрическую можно представить схематично:

  1. Внутренняя энергия уранового ядра
  2. Кинетическая энергия осколков распавшихся ядер и освободившихся нейтронов
  3. Внутренняя энергия воды и пара
  4. Кинетическая энергия воды и пара
  5. Кинетическая энергия роторов турбины и генератора
  6. Электрическая энергия.

Активная зона реактора состоит из сотен кассет, объединенных металлической оболочкой. Эта оболочка играет также роль отражателя нейтронов. Среди кассет вставлены управляющие стержни для регулировки скорости реакции и стержни аварийной защиты реактора. Далее, вокруг отражателя устанавливается теплоизоляция. Поверх теплоизоляции находится защитная оболочка из бетона, которая задерживает радиоактивные вещества и не пропускает их в окружающее пространство.

Сегодня большинство реакторов в мире — урановые реакторы на медленных нейтронах. Уран довольно распространенный элемент в земной коре. Уран почти также распространен как олово или германий. Его в сорок раз больше, чем серебра. Уран содержится в скальных породах, почве и океанской воде. Природный уран однако состоит в основном из урана-238 и только 0.7 % приходится на уран-235, который делится под действием тепловых нейтронов.

Реакторы на медленных нейтронах работают на слабо обогащенном уране-235 (4–5 %). В качестве теплоносителя обычно используется обычная вода. При уменьшении энергии нейтронов увеличивается захват их ураном-235, вызывая его деление. Такие реакторы называются реакторами на легкой воде. Существуют также реакторы на тяжелой воде, которые способны работать на естественном уране. В этих водных реакторах нейтроны теряют свою энергию в столкновениях с водородом или дейтерием.

В ядерной энергетике наряду с большими достижениями выявились и серьезные трудности, ограничивающие ее использование. В современных реакторах в процессе эксплуатации для энерговыделения используется всего лишь 0,5 % добытого урана, что ограничивает топливный ресурс. При этом 10 % добытого урана идет в радиоактивные отходы, что осложняет экологическую обстановку. Сам реактор является ядерно опасной системой, так как работает с запасом реактивности. Кроме того, в процессе работы реактора в топливе в результате облучения накапливается примерно 1 % плутония. Этот плутоний потенциально может быть использован для несанкционированного изготовления взрывных устройств. Охлаждающий агент ядерного реактора — обычно вода, но иногда газ или жидкий металл (например, жидкий натрий) — циркулирует вдоль активной зоны реактора для поглощения тепла, которое он генерирует. Тепло уносится из реактора и затем используется для генерации пара. В большинстве систем реакторов используют систему охлаждения, которая физически отделена от воды, тем не менее, в некоторых реакторах вода для паровых турбин кипит непосредственно в активной зоне реактора; например, в реакторе с кипящей водой.

Большинство ядерных аварий происходят из-за неисправности в теплоносителе. Кипящая вода и пар которые используется для переноса тепла крайне неустойчивы, если их не держать под пристальным наблюдением.

К серьёзным недостаткам урановой атомной энергетики относится короткий цикл использования топлива: через три-пять лет нужна перегрузка топлива, остановка ядерного реактора, большие расходы на утилизацию отработавшего топлива. Также не является рентабельным строительство малых энергоустановок на уране в труднодоступных местах, поскольку урановая атомная энергетика конкурентоспособна только при создании крупных АЭС. В то же время необходимость передавать электроэнергию на большие расстояния (например, в России) делает ее слишком дорогой. Есть необходимость освоения нового вида реакторов — реакторов, которые работают на тории. Ториевые реакторы могут работать дольше — до 10–15 лет.

Торий является более выгодным сырьем, потому что его прогнозные запасы в несколько раз превышают запасы урана и при его использовании отпадает необходимость в значительных затратах на строительство заводов по изотопному обогащению.

Мне хотелось бы представить небольшой экскурс в историю тория и ториевых электростанций. Полвека назад Соединенные Штаты обратили серьезный взгляд на торий в качестве ядерного топлива. Он был использован в реакторе расплавленных солей, который правительственные ученые построили. Он работал с 1965 по 1969 год в Оак Ридж. После того, как Индия взорвала ядерную бомбу в 1974 году с плутонием, извлеченным из реактора, появились опасения по поводу распространения ядерного оружия и администрация США решила сократить экспериментальные ядерные программы. Проект ториевого топлива был забыт. Вместо этого, все последующие атомные электростанции были разработаны, чтобы использовать урановое топливо, которое используют все 104 реактора, работающих в Соединенных Штатах сегодня. Мир последовал их примеру.

Ядерные реакторы на фторидах тория работают следующим образом:

LFTR (англ. liquid fluoride thorium reactor) — тип ядерных реакторов, использующих торий и уран-233 в качестве топлива, относятся к ториевому ядерному циклу. Являются реакторами-размножителями (бриджерами) на тепловых нейтронах. Топливо в таких реакторах находится в жидкой форме, представляя собой расплав солей— фторидов тория и урана и некоторых вспомогательных веществ.

В LFTR соли тория и урана вместе с дополнительными солями формируют жидкое топливо. Эта жидкость прокачивается через активную зону, где происходит цепная реакция, а затем — через внешний теплообменник, где тепло передается не радиоактивной вторичной соли. В следующем контуре эта соль передает энергию пару, который затем используется для получения электричества.

LFTR кардинально отличается от большинства используемых ныне реакторов: используется торий и уран-233 в отличие от урана-235 в обычных реакторах; LFTR может работать при низких температурах и атмосферном давлении, топливо находится в жидком состоянии и прокачивается насосами, в качестве теплоносителя также используется расплав соли, возможна работа при сравнительно более высоких температурах (более 700 °C).Сторонники говорят, такая система будет более эффективной и безопасной, чем существующие установки, которые используют воду под давлением для охлаждения топливных стержней урана и кипящую воду или пар для того, чтобы передать энергию, которую они создают.Важной чертой реактора LFTR является возможность применения такой системы пассивной безопасности, которая исключает выброс радиоактивных веществ. АЭС этого типа использует в качестве ядерного топлива расплав солей, циркулирующих при температуре ниже их точки кипения. В случае если охлаждение ректора отключится, расплав начнёт нагреваться, но при превышении безопасной температуры он разрушит аварийный клапан (клапаны), находящийся внизу первого контура, и попадёт в аварийный бассейн, где находится более холодный солевой раствор. Поскольку соли тория сами являются радиоактивным топливом, проблема охлаждения LFTR решается сразу: жидкие LFTR смешиваются с бóльшим количеством аварийного охладителя. Реакция моментально останавливается, так как не является самоподдерживающейся: чтобы делиться, ядру тория нужны внешние нейтроны, поступление которых после слива ториевых солей в аварийный бассейн прекращается само собой. Ни чернобыльский, ни фукусимский вариант такой схеме не угрожают. Другим преимуществом является низкий срок жизни продуктов распада тория-232 и урана-233: практически все радиоактивные отходы ториевых реакторов живут не более 300 лет, в то время как урановые реакторы производят продукты, полностью распадающиеся за миллионы лет.

«Реактор расплавленной соли не является реактором работающим под давлением», сказал Джон Kutsch, директор Energy Alliance, базирующейся в Гарварде, в штате Иллинойс. «Он не использует воду для охлаждения, так что нет никакой возможности взрыва водорода, как это произошло в Фукусиме ".Небольшие ториевые реакторы можно использовать в труднодоступных районах, в том числе на рудниках и карьерах, где после выработки они могут быть захоронены. Высокотемпературный ториевый реактор может служить как источником электроэнергии, так и для производства водорода.

Учёные в наши дни приходят к выводу, что многие проблемы современной ядерной энергетики, которые, на самом деле являясь проблемами уран-плутониевого топливного цикла, могут быть решены профилактически при ее переводе на замкнутый торий-уран-плутониевый топливный цикл и адаптации активной зоны тепловых реакторов к Th-U-Pu-оксидному топливу. Вдохновляющим примером целесообразности исследований в этом направлении являются создание, работа и результаты переработки отработавшего оксидного торий-уранового топлива водо-водяного реактора бридера (LWBR) в Шиппингпорте. Экспериментально показаны возможности: — достижения расширенного воспроизводства (kв ≈ 1,013) 233U в 232Th-233U оксидном топливе; — использования обычной воды в качестве теплоносителя; — радиохимической переработки облученного топлива с выделением урана, содержащего радиологически опасный изотоп 232U. Таким образом, экспериментально продемонстрирована возможность реализации замкнутого торий-уранового топливного цикла.

В работе по расширенному воспроизводству урана-233 в торий-урановом цикле самое главное — обеспечить эффективное использование нейтронов. В современных реакторах берется запас реактивности, но в систему вводятся специальные поглотители нейтронов, чтобы система не переходила через критическое состояние (то есть находилась в стабильном состоянии). Американские ученые обеспечивали поддержание критического состояния с помощью подвижной активной зоны. Представляется целесообразным в реакторах типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) с торий-урановым оксидным топливом на старте в качестве теплоносителя использовать тяжелую воду или смесь тяжелой воды с легкой водой, а потом в процессе работы реактора поддерживать его в критическом состоянии путем разбавления тяжелой воды легкой водой. При этом подавляющая часть нейтронов, которые образуются в системе, будут рационально использоваться либо на деление ядер, либо на воспроизводство топлива. Такая ядерная энергетика выгодно отличается от существующей по топливоиспользованию. То есть практически весь торий может быть использован по своему прямому назначению — для энерговыделения.

При этом наработанные изотопы нептуния, плутония также будут выгорать в активной зоне такого реактора. И в конечном счете продукты деления ядер будут отделены от актиноидов, и проблема обращения с радиоактивными отходами принципиально упростится. Есть еще один положительный момент — из тория вместе с ураном-233 нарабатывается некоторое количество урана-232, радиоактивный ряд которого характеризуется серьезной радиологической опасностью. И его наличие в уране-233 может служить технологическим барьером на пути несанкционированного использования такого урана для ядерных взрывных устройств.

В настоящее время ядерная энергетика работает в открытом топливном цикле, и отработавшее ядерное топливо является высокоактивным радиоактивным отходом. Оно содержит стартовые и нарабатываемые актиноиды, продукты их распада, а также продукты деления актиноидов. Основная масса продуктов деления, которые по своей природе являются радиоактивными, как правило, сравнительно быстро распадается до очень долгоживущих, или стабильных, ядер. Лишь некоторая доля сравнительно долгоживущих осколков деления может представлять долговременную радиологическую опасность. Актиноиды и члены их радиоактивных рядов, как правило, являются долгоживущими.Ивот эта долгоживущая компонента радиоактивных отходов качественно осложняет проблему обращения с отходами. Как выше отмечено, в замкнутом торий-уран-плутониевом топливном цикле подавляющая масса актиноидов будет возвращаться в реактор. Таким образом, проблема обращения с радиоактивными отходами сведется к обращению с продуктами деления и принципиально упростится.Типичная атомная электростанция в год производит 20 метрических тонн отработанного ядерного топлива. Атомная промышленность производит в общей сложности около 2000–2300 метрических тонн отработанного топлива в год. За последние четыре десятилетия, вся промышленность произвела 76,430 метрических тонн отработанного ядерного топлива. Если всё это отработанное топливо сложить вместе, то это охватит футбольное поле около восьми ярдов в глубину.В итоге, представляется возможным: — повысить на ~ 2 порядка топливный ресурс; — качественно упростить обращение с радиоактивными отходами; — понизить ядерную опасность реактора; — создать технологический барьер на пути распространения расщепляющихся материалов и ядерных технологий. Можно ожидать, что реализация этих резервов станет толчком к бурному развитию ядерной энергетики.C экономической точки зрения было бы выгодно строить LFTRs (Liquid Fluoride Thorium Reactor). Разработка и проектирование LFTR и заводов будет стоить 5 млрд долларов. Построить 100MW LFTRs на сборочных линиях: 200 млн. долларов. Подача топлива (тория) в течение года будет стоить 10.000 долларов, в отличие от LWR (легководного реактора), где стоимость взлетает до примерно 50–60 млн. долларов, чтобы поставлять уран. Он будет приносить прибыль от 595 до 690 миллионов долларов в год. В течение 9 лет LFTR окупит все затраты на строительство и каждый последующий реактор будет дешевле предыдущего, так как расчет на 9 лет включает в себя стоимость разработки.Согласно прогнозу М. Анисимова, автора Ускоряющего Будущего, если город купил ториевый реактор 1 MW за 250.000 долларов, используя 20 кг тория в год, каждая семья могла бы платить всего лишь 0,40 центов в год за всю потребляемую электроэнергию.Торий настолько экономичен, так как находится в больших количествах по всему миру. В следующих параграфах мы определим, где на земном шаре его можно найти, чтобы лучше понять, насколько торий доступный и простой в использовании.Ториевые руды — условное название природных минеральных образований, содержащих торий в таких соединениях и концентрациях, при которых промышленное использование технически возможно и экономически целесообразно. Собственно ториевые месторождения неизвестны; торий извлекается попутно из комплексных полиметальных руд обычно совместно с Nb, Ta, Zr, U, РЗЭ и др. элементами. Содержание тория в таких рудах колеблется от сотых до десятых долей %. Торий накапливается: 1) в магматических месторождениях, 2) в пегматитовых, 3) в высокотемпературных вулканогенных гидротермальных и 4) в россыпях. В магматических месторождениях торий концентрируется в гранитах — в акцессорном монаците и частично торите, а также в нефелиновых сиенитах (в лопарите). Из лопарита торий извлекается в качестве побочного продукта при добыче ниобия и редких земель. Торий может также накапливаться в карбонатитах, где он входит в состав микролита. В пегматитовых месторождениях торий накапливается в гранитных пегматитах в виде эшенита, приорита других минералов. Промышленных концентраций эти минералы не образуют, а являются дополнительным источником тория. Главным источником тория на земном шаре являются прибрежно-морские россыпи. Наиболее крупные месторождения этого типа находятся на южном и вост. побережьях Индии (штаты Керала, Мадрас, Андхра-Прадеш, Орисса) и на восточном берегу Бразилии (штаты Минас-Жераис, Баия, Эспирпту- Санту,Рио-де-Жанейро и др.). Содержание монацита в индийских россыпях варьирует от 0,5 до 2,0 %, в бразильских — от 2,0 до 5,0 %. Второстепенную роль играют континентальные, в основном долинные, россыпи, известные, в частности, в ряде районов США. Единственным коренным месторождением ториевых руд, имеющим промышленное значение, является жильное месторождение Стинкасмкрааль в ЮАР. В качестве попутного компонента торий получают из урансодержащих конгломератов месторождения Блайнд- Ривер в Канаде, а также и из других комплексных месторождений. Некоторые месторождения монацита осадочного происхождения чрезвычайно крупные. Траванкорское месторождение в Индии — важный источник промышленного тория. Высокая плотность и относительная химическая инертность фосфатов монацита способствовали его отложению в результате разрушения россыпей на отмелях, а также в ротбрежных растонах в виде крупного песка, от жёлтого до коричневого или красного цвета. Поскольку монацит проявляет заметные магнитные свойства, его можно концентрировать с помощью магнитных полей. Значительное количество тория накапливается в связи с пегматитовыми и постмагматическими процессами, при этом его содержание увеличивается с повышением количества калия в породах.

Максимальные содержания тория в рудах (3–6 %) известны на гидротермальном редкоземельном месторождении Стинкампскрааль в ЮАР. В коренном нахождении — в пегматитах — торий очень редок. Встречается главным образом в аллювиальных отложениях, в наносах песчаных пляжей, среди тяжёлых минералов россыпей. В России — в чёрных речных песках россыпного золота в Забайкалье; Ковдорский массив (Кольский п-ов); Енисейский кряж в Сибири. За рубежом: в США — Истон (шт. Пенсильвания), чёрные пески в реке Миссури (близ Хелена, шт. Монтана); пески реки Скотт (Калифорния); чёрные пески в нескольких районах Аляски. Самые крупные кристаллы монацита найдены в Бетанимена и Tôlanaro (Форт-Дофин) на о. Мадагаскар. В пегматитах и метасоматически изменённых зонах кристаллических известняков во многих местах провинции Квебек (Канада). В качестве акцессорного минерала в карбонатитах Восточного Трансвааля в Южной Африке совместно с бадделеитом. В Индии — в песках пляжа Travancore (шт. Керала). Торий встречается во многих минералах, наиболее распространенным из которых является редкоземельный минерал — фосфат тория — монацит, в котором содержится до 12 % оксида тория. Залежи этого минерала имеются в нескольких странах. Ради тория монацит не добывается. Его добычу ведут ради извлечения редкоземельных элементов, торий извлекается попутно.

В настоящее время информацию о мировых ресурсах тория публикуют две организации: Геологическая разведка США (ГР) и МАГАТЭ. ГР считает, что основными запасами тория владеют Австралия и Индия, примерно одинаковыми — 300000 метрических тонн, т. е. каждая страна обладает по 25 % мировых ресурсов тория. Однако МАГАТЭ оценивает только точно оценённые запасы (RAR). В результате появляется огромное различие в оценках ГА и запасов тория в таких странах, как Бразилия, Турция и Австралия. Однако в оценке запасов в Индии они более-менее сходятся: 290000 т (ГА) и 319000 т (МАГАТЭ). МАГАТЭ также сообщает, что Индия обладает двумя третями (67 %) общемировых запасов монацита, первичной руды тория. МАГАТЭ заявило, что недавние уточнения заставили переоценить запасы тория Индии с 300 000 т до 650000 т. Похоже, МАГАТЭ полагает, что Бразилия и Индия владеют львиной долей запасов тория в мире. Австралия в 2009 сообщила, что обладает 489000 т запасами, себестоимость добычи которых менее US$80/кг Th. Запасы тория свыше 500000 тонн содержатся в россыпях, жилах, и карбонатитных отложениях. Щелочные вулканические породы содержат более двух миллионов тон тория. Большие ресурсы тория найдены в Австралии, Бразилии, Канаде, О. Гренландия (Дания), Индии, ЮАР и США. Торий извлекают в качестве побочного продукта при добыче титана, олова и циркония. Основным торийсодержащим минералом является монацит (ThSiO4). Достоверные запасы монацита расположены в Индии, Бразилии и США, а вероятные — в Канаде, АРЕ, Австралии и США. Содержание тория в монацитовых песчаниках в Индии, Бразилии, Австралии и АРЕ составляет 4,6–1 %.

В РФ (СССР) поиск ториевых руд начался ещё до 2-й Мировой войны.

Запасы тория тесно связаны с запасами редкоземельных элементов. По количеству запасов РЗЭ Россия занимает второе место в мире после Китая. Более 68 % их находится в Мурманской области, кроме того они разведаны в Республике Саха (Якутия) и Иркутской области. Основные месторождения РЗЭ России и распределение балансовых запасов РЗЭ по субъектам РФ, млн т (в пересчёте на сумму триоксидов РЗЗ). Содержание редкоземельных элементов в рудах большинства российских месторождений значительно ниже, чем зарубежных: на разрабатываемых месторождениях Китая средние содержания TR2O3 в рудах достигают 5 %, в российских объектах — редко превышают 1 %. Основная часть балансовых запасов РЗМ России (почти 82 %) связана с апатитовыми рудами, причём 70 % запасов заключено в апатит-нефелиновых рудах Хибинской группы месторождений в Мурманской области. Среднее содержание TR2O3 здесь не превышает 0,4 %. Многие из этих месторождений активно разрабатываются, однако при применяемой сегодня технологии из руд извлекается только фосфор и в небольших количествах — титан; редкоземельные элементы остаются в материале складируемых отвалов обогатительных фабрик. В настоящее время в России редкометальной промышленности как комплексного единого производства нет; перерабатывающие производства расположены в странах ближнего зарубежья. Сегодня основным источником ниобиевого и редкоземельного сырья в России является Ловозерское месторождение Мурманской области, в рудах которого около 1 % РЗО и 0,24 % Nb2О5. Минерал лопарит — руда тантала, ниобия и целого ряда других редких металлов (церий, неодим, европий, лантан и пр.). В Ловозерских тундрах в настоящее время добывается 100 % российского тантала и основная часть ниобия. Руды, как правило, радиоактивны. Месторождение разрабатывается комбинатом Севредмет двумя рудниками суммарной проектной мощностью 1.5 млн.т руды и фактической в 2000 г. -около 500 тыс.т. Обеспеченность всеми разведанными запасами комбината более 100 лет, а действующих рудников 40 и 70 лет. Получаемые из руды лопаритовые концентраты содержат 30–31 % РЗЭ, преимущественно цериевой группы и 7–8 % Nb2О5. Максимальный объем производимого концентрата — 10–12 тыс. т в год. Лопаритовые концентраты перерабатываются на Соликамском магниевом заводе в Пермской области с получением оксидов ниобия, тантала, редкоземельной продукции и титановой губки (титан содержится в лопарите). В настоящее время, это единственное предприятие России, на котором ведётся попутное извлечение РЗЭ и производство соединений РЗЭ (в основном — карбонатов лантана и церия). Торий не извлекается и идёт в отвалы.

Торием богато Туганское и Георгиевское (Томская область), Богатырское (Кемеровская область), Ордынское (Новосибирская область), Тарское месторождения (Омская область). В Томской области к настоящему времени сконцентрировано до 30 % запасов диоксида титана и значительная часть запасов циркония России. Запасы титана и циркония сосредоточены в двух крупных россыпных ильменит-цирконовых месторождениях — давно известном Туганском и новом Георгиевском. Туганское месторождение Огромные запасы тория в качестве военного трофея были вывезены из гитлеровской Германии. Немцы экспериментировали с торием, рассматривая его в качестве потенциального компонента для создания ядерного оружия. Советская армия конфисковала ториевый монацит у гитлеровской Германии и вывезла в СССР. По-видимому, он находится в красно-уфимских складах. В среднем, монацит, хранящийся на складах, имеет следующий состав: сумма редкоземельных оксидов Ln2O3 -54, оксид фосфора P2O5–22,2, оксид тория ThO2–7,8, оксид урана U3О8–0,6, оксид циркония ZrО2–3,0, оксид титана TiО2–2,2 %. Суммарная радиоактивность всей массы складированного монацита оценивается в 7800 Ки. Активность монацитовых песков обусловлена наличием в них радиоактивных изотопов семейства тория и урана, имеющих природное происхождение. В процессе распада 1000 тонн тория выделяют 22000 кал в час, то есть мощность тепловыделения составляет около 25 ватт. При таких масштабах тепловыделения локального разогрева ториевого материала не происходит. В черте хранилищ радиоактивный фон составляет до 1000 микрорентген. Рис. 20. Саркофаг-укрытие на красно-уфимском складе монацитового концентрата. Монацитовый песок находится в деревянных ящиках (1620000 штук), складированных в деревянных складах, построенных в первые годы 2-ой Мировой войны. К началу 21-го века и тара и склады сильно разрушились, что создало радиационную опасность для населения. В 2002 принято решение о строительстве завода по переработке монацита с целью улучшения экологической обстановки в этом районе. Однако из-за протестов, это решение было отменено. В настоящее время над старыми складами строят металлические ангары, что рассматривается как временная мера. Предполагается строительство на территории складов небольшой фабрики по переносу монацитового концентрата в новую герметичную тару. Тогда концентрат можно будет хранить ещё сто лет, вплоть до появления потребности в тории.

Таким образом, можно предположить, что торий является наиболее доступным и распространенным на Земле источником энергии. То, что торий дешёвый и безопасный источник энергии, ставит его на первое место. Особенно это актуально в условиях современного экологического кризиса на планете и в условиях жесткой конкуренции и борьбы за природные ресурсы. Я думаю, что люди должны прозреть и осознать, какой чудесный источник энергии лежит у них под ногами и, возможно, это поможет человечеству быстрее перейти на ториевое топливо.

Литература:

  1. http://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/safety-of-nuclear-power-reactors.aspx
  2. https://www.cdc.gov/niosh/docs/2015–239/pdfs/2015–239.pdf
  3. http://www.cdc.gov/niosh/mining/UserFiles/statistics/14g09aaa.svg
  4. https://www.theguardian.com/world/2007/sep/16/iraq.iraqtimeline
  5. http://www.rosatom.ru/about-nuclear-industry/powerplant/
  6. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es3051197?source=cen&
  7. https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_reactor
  8. http://smart-lab.ru/blog/241711.php
  9. http://laserpowersystems.com
  10. http://www.infoniac.ru/news/Avtomobil-s-yadernym-dvigatelem-8-gramm-toriya-na-milliony-kilometrov.html
  11. http://profbeckman.narod.ru/Th.files/L4.pdf
  12. https://www.washingtonpost.com/national/health-science/nuclear-power-entrepreneurs-push-thorium-as-a-fuel/2011/12/15/gIQALTinPR_story.html?utm_term=.e81f228ce7af
  13. https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_fluoride_thorium_reactor
  14. http://www.nei.org/Knowledge-Center/Nuclear-Statistics/On-Site-Storage-of-Nuclear-Waste
  15. http://liquidfluoridethoriumreactor.glerner.com/2012-economics-of-liquid-fluoride-thorium-reactors/
  16. http://greenvolt.ru/atomnaya-energiya/princip-raboty-yadernogo-reaktora/
  17. http://www.computerra.ru/55648/thorium/
  18. Книга “Торий в ядерной энергетике” С.Алексеев, В.Зайцев
  19. http://ukgras.ru
  20. http://www.aem-group.ru/mediacenter/informatoriy/opasno-li-naxoditsya-na-aes-ili-zhit-vblizi-nee.html
  21. http://m-atom.ru/article/340
  22. https://en.wikipedia.org/wiki/Closed-cycle_gas_turbine
  23. https://ru.wikipedia.org/wiki/LFTR

Публикация

№ 1 (10), февраль 2017 г. г.

Скачать выпуск

Автор


Научный руководитель

Рубрика

Физика

Год публикации

Социальные комментарии Cackle