CC BY
49
Pushnitsa Konstantin Alexandrovich, candidate of technical science, docent, kaf-eoastu. lipetsk. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University
УДК 620.9
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОРИЯ В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО И ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ
В.Ю. Карницкий, А. У. Ботирова
Рассмотрено новое техническое решение - переработка тория и преобразование его в качестве топлива для атомных электростанций, предназначенных для производства электрической энергии. Повышение энергоэффективности, снижение затрат на получение энергии, экономия природных ресурсов.
Ключевые слова: атомная энергетика, энергопотребление, уран, торий, источники энергии.
Сделанные ранее прогнозы о темпах роста энергопотребления и развития новых энерготехнологий не оправдались: уровень потребления растет намного быстрее, при этом новые источники энергии заработают в промышленном масштабе и по конкурентоспособным ценам не ранее 2030 года. В течение следующих 50 лет человечество будет потреблять энергии больше, чем было израсходовано за всю историю. В связи с этим все острее встает проблема нехватки ископаемых энергоресурсов.
Атомная энергетика - это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путем преобразования ядерной энергии. Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления тяжелых ядер плутония-239 и урана-235на два осколка ядрапод действием нейтронов.Уран-238в природе составляет 99,3 % от общего количества урана (не имеет возможности к протеканию самоподдерживающейся цепной ядерной реакции)
Суждение о том, что на Земле очень скоро иссякнет запас урана, является ошибочным исходя из того, что на нашей планете урана больше, чем золота в целых 600 раз -и его должно хватить еще на 500 лет. Однако из-за строительствановых АЭС по всему миру, последствием которых станет использование урана-235 (является изотопом урана и в природе составляет 0,72% от общего количества добываемого урана-238), то эта цифра подвергается риску уменьшиться в несколько раз. Запасы урана кончаются и, кажется, что рентабельной альтернативы не предвидится.
Одним из способов устранения этой проблемы является использование тория в качествеисточника энергии. Торий может покончить с зависимостью от ископаемого топлива и возродить мировой энергетический потенциал в будущем, когда запасы урана будут исчерпаны. Многие ученые полагают, что этот металл является наилучшей альтернативой урану в производстве атомной энергии по причине того, что он является чистым экологически и часто встречается в земной коре по всему миру.
Природный торий (232Th) сам по себе непригоден для осуществления цепной ядерной реакции деления и поэтому служит в ториевом реакторе сырьевым материалом. Ториевыйреактор работает по принципу ядерноготопливного цикла, в котором делящимся веществом является искусственный изотоп урана(233Ц), образующийся в этом же реакторе из тория (232Th). Первоначально в ториевый реактор загружают 232Th (который делится при взаимодействии как с быстрыми, так и с медленными нейтронами). В результате захвата 232Th ядром нейтрона и после двух последовательных ß-распадов, превращается в ядро 233U, то есть получается ядерное топливо. Говоря иными словами - торий-232 захватывает нейтрон и превращается в торий-233, который распадается в протактиний-233 и затем в уран-233, который является ядерным топливом для атомных электростанций.
Электроэнергетика
Торий является ядерным топливным сырьем, обладающим целым рядом серьезных потенциальных преимуществ.
1. Ни первичное, ни отработанное топливо на основе тория не может применяться для изготовления ядерного оружия, что облегчает контроль нераспространения военных технологий (ядерного оружия).
2. Ядерные реакторы на ториевом топливе более безопасны, чем на урановом -такой ториевый реактор не требует наличия сложной системы управления, характерной для традиционных АЭС, поскольку торий не обладает запасом радиоактивности и никакие разрушения аппарата не способны вызвать неконтролируемую цепную реакцию. Это гарантия не повторения таких жутких катастроф, как Три-Майл-Айленд в Америке, Чернобыль илиФокусима.
3. Торий является экологически более чистым, что позволяет нам уменьшить наносимое окружающей среде вред. Так же при его использовании не образуются радиоактивные изотопы, он не выделяет углекислый газ и от него значительно меньше опасных отходов.
4. Торий имеет лучшие физические и ядерные свойства, чем уран - одна тонна этого серебристого металла производит столько же энергии, сколько производит 200 тонн урана или 3500000 тонн высококачественного каменного угля.
5. Запасов тория на Земле в три-пять раз больше, чем таковых урана, что практически исключает возможный «топливный голод» в будущем. Кроме того, в качестве топлива может использоваться весь добываемый торий.
6. Срок распада отработанного ядерного топлива на основе тория примерно в сто раз меньше, что облегчает его переработку и захоронение.
Следует отметить, что проводились эксперименты по использованию тория в энергетике: работали опытные реакторы на предприятиях по производству компонентов ядерного оружия«Маяк» и в Германии. Но в то время (после окончания Второй мировой войны) необходимо было развивать военное направление, и соответственно, работать на плутонии и уране, вследствие чего ториевая программа была заморожена.
Главное препятствие на пути промышленного распространения ториевых реакторов сейчас - это то, что замена урана торием потребует новой разработки всего топливного цикла, от создания тепловыделяющих элементов до переработки отработанного топлива.Ядерная отрасль чрезвычайно консервативна - поэтому промышленное внедрение тория в качестве ядерного топлива может занять целое десятиле-тие.Эксперты международного агентства по атомной энергетике (МАГАТЭ) считают, что переход на торий экономически оправдан.
Список литературы
1. Алексеев С.В., Зайцев В.А.Торий в ядерной энергетике, 2014. 288 с.
2. Ташлыков О. Л. Ядерные технологии: учебное пособие для вузов, 2017.
198 с.
3. Бушуев Н.И. История и технология ядерной энергетики, 2015. 232 с.
Карницкий Валерий Юльевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ботирова Аниса Ураловна, студентка, anisa. hotirova amail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE USE OF THORIA AS AN ALTERNATIVE AND ENVIRONMENTALLY PURE ENERGY
SOURCE
V. Yu. Karnitsky, A. U. Botirova
A new technical solution was considered - the processing of thorium and its transformation as a fuel for nuclear power plants intended for the production of electrical energy. Improving energy efficiency, reducing the cost of obtaining energy, saving natural resources.
Key words: nuclear power, energy consumption, uranium, thorium, energy sources.
Karnitsky Valery Yulievich, candidate of technical sciences, docent, energy@tula. ru, Russia, Tula, Tula state University,
Botirova Anisa Uralovna, student, anisa. botirova@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 620.92
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ НЕТРАДИЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
С.В. Котеленко, А. С. Рябов
Рассмотрены виды нетрадиционной энергетики, их преимущества и недостатки. Приводится анализ рационального применения энергетических установок нетрадиционной энергетики с учетом климатических условий и условий рельефа местности.
Ключевые слова: нетрадиционная энергетика, возобновляемые источники
энергии.
Нетрадиционная энергетика, исходя из названия, соответствует получению энергии нетрадиционными методами. Наибольшее применение этих методов освоено среди возобновляемых источников энергии, к которым относятся энергии солнца, ветра, геотермальная энергия, биотопливо, энергии морских волн, водородная энергетика.
Широкое применение нетрадиционной энергетики находят не во всех странах по сравнению с традиционными методами, однако представляют интерес с точки зрения неограниченного ресурса энергии.
Солнечная энергия основана на преобразовании энергии солнца, в результате которого получается электрическая и тепловая энергии. Получение электрической энергии основано на физических процессах, происходящих в полупроводниках под воздействием солнечных лучей, получение тепловой - на свойствах жидкостей и газов.
Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи, изготавливаемые на основе кристаллов кремния. Самая мощная солнечная электростанция Топаз, находится в Калифорнии и является крупнейшей солнечной электростанцией в мире с мощностью 550 МВт, и позволяет сократить выбросы углекислого газа в атмосферу как минимум на 380 тысяч тонн в год. Для сравнения, Белоярская атомная электростанция в России вырабатывает лишь немного больше - 600 мегаватт. Ожидаемая годовая выработка, составляет 1096 гигаватт-час. Станция расположена в уезде Сан-Луис-Обиспо и насчитывает 9 миллионов солнечных панелей. Топаз обеспечивает энергией свыше 160 000 домов и промышленных предприятий в районе [4].
