L'energia del tori a Rússia i el futur de la supertecnologia

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

Valery Konstantinovich Larin, un dels principals experts mundials en energia del tori, membre del consell d'experts de la revista Rare Lands, Doctor en Ciències Tècniques, ex-CEO de diverses de les empreses més grans de Sredmash, sobre el codi de confiança, nou oportunitats en el desenvolupament de l'Àrtic, l'evolució i el brillant futur de l'energia nuclear, que no es poden imaginar sense l'ús d'un element únic: el tori.

Què és el tori? Quins són els seus pros i contres? Per què ja s'escull el tori en altres països? últimes convocatòries abans del gran espectacle, a la qual potser no rebem una invitació si avui perdem l'oportunitat de crear supertecnologia de tori per a la nova era tecnològica.

El tori com a alternativa a l'urani

El tori és diverses vegades més abundant a l'escorça terrestre que l'urani natural. El tori i un dels isòtops presents en ell, l'urani-232, poden ser una font força eficaç d'energia nuclear en lloc del combustible molt utilitzat basat en l'isòtop 235 de l'urani. L'energia del tori té una sèrie d'avantatges colossals. Quines? En primer lloc, seguretat: no hi ha excés de reactivitat en un reactor que utilitza tori com a bateria. Això és una garantia de no repetició de desastres tan terribles com Three Mile Island a Amèrica, com Txernòbil, com Fokushima. Fins i tot l'acadèmic Lev Feoktistov va escriure que qualsevol reactor nuclear que funcioni amb la configuració i la tecnologia actuals té un excés d'activitat boig. De fet, en un reactor hi ha diverses desenes o fins i tot centenars de bombes, la qual cosa ens obliga a prendre mesures de protecció molt serioses: trampes, dissenys especials, etc., la qual cosa, per descomptat, augmenta molt el cost de producció i manteniment. El segon avantatge de l'energia del tori és que no hi ha problemes amb l'eliminació de residus. Ens veiem obligats a recarregar combustible als reactors VVER actuals cada any i mig. Es tracta de 66 tones de substància activa, que s'han de carregar una vegada. A més, el grau d'esgotament no és tan elevat, queden molts residus, que tenen moltes dificultats. Em refereixo a l'eliminació secundària d'elements actius, el plutoni es produeix en grans volums. L'energia del tori no té tot això. Per què? El tori té una vida mitjana molt més llarga: a la pràctica, deu anys o més. Això proporciona un ús més eficient, menors costos de descàrrega i descàrrega, augment del factor de capacitat, etc. Sí, cal admetre que a causa de la diferent semivida del tori es formen altres actínids, més actius, però en l'etapa actual aquest problema és bastant soluble. Però també hi ha grans avantatges. D'acord, hi ha una diferència: un any i mig i deu anys?

El principal mineral que conté tori és la monazita, que conté terres rares. Per tant, quan parlem del tori com a combustible per a l'energia futura, com a següent etapa en el desenvolupament de l'energia nuclear, parlarem, naturalment, del complex processament de matèries primeres de monazita i de la separació de terres rares, això fa essencialment l'ús de tori comercialment més econòmic i atractiu. Hi ha un potencial molt seriós per al desenvolupament de l'energia, l'economia i la indústria minera. El tori es troba a Rússia en forma de sorres monazites. Aquesta tecnologia ha de ser desenvolupada industrialment, provada i, el més important, rendible. Tot es pot fer al laboratori.

El problema de trobar dipòsits de tori és similar al problema de trobar dipòsits de metalls de terres rares: la seva capacitat de concentració és feble i el tori és molt reticent a recollir-se en qualsevol dipòsit significatiu, sent un element molt dispers de l'escorça terrestre. El tori està present en petites quantitats al granit, al sòl i al sòl. El tori normalment no s'extreu per separat; es recupera com a subproducte durant l'extracció d'elements de terres rares o d'urani. En molts minerals, inclosa la monazita, el tori substitueix fàcilment l'element de terres rares, cosa que explica l'afinitat del tori amb les terres rares.

tori(tori), Th és un element químic del grup III del sistema periòdic, el primer membre del grup dels actínids. El 1828, analitzant un mineral rar trobat a Suècia, Jens Jakob Berzelius hi va descobrir un òxid d'un nou element. Aquest element va rebre el nom de tori en honor a la totpoderosa deïtat escandinava Thor (Thor és un col·lega de Mart i Júpiter, el déu de la guerra, els trons i els llamps). Berzelius no va aconseguir el tori metàl·lic pur. Una preparació pura de tori només es va obtenir el 1882 per un altre químic suec, el descobridor de l'escandi, Lars Nilsson. La radioactivitat del tori va ser descoberta l'any 1898 independentment l'una de l'altra simultàniament per Maria Sklodowska-Curie i Herbert Schmidt.

Hem de desenvolupar la nostra pròpia producció

En un moment, es van escriure informes a Efim Pavlovich Slavsky i Igor Vasilyevich Kurchatov que calia canviar al cicle del tori. I es va realitzar experimentalment l'enginyeria de l'energia del tori: els reactors estaven funcionant a Mayak ia Alemanya. Però, al mateix temps, va ser necessari desenvolupar una direcció militar relacionada amb l'energia i, en conseqüència, treballar amb plutoni, i el programa del tori es va congelar. Per tant, la decisió, que va prendre el nostre President, que cal començar a treballar en aquesta direcció, reforçar i, potser, fins i tot accelerar, és molt encertada i oportuna. Avui ningú ens donarà una segona oportunitat. La Xina, l'Índia i els països escandinaus tenen un programa de tori molt seriós. Aviat tothom arribarà tan lluny que no ens posarem al dia amb ningú. La Xina ha arribat tan lluny en el desenvolupament de la indústria de les terres rares amb la seva pròpia base de minerals que avui no espantarem la Xina amb això. Vam poder posar-nos al dia amb la Xina i vam haver de fer tot perquè la Xina de nosaltres, almenys un pas, dos quedés en segon pla en enginyeria nuclear, en tecnologies nuclears. Però, malauradament, també estem cedint aquí. La Xina té ganes d'entrar al mercat amb els seus reactors nuclears, amb tecnologia pròpia. I us puc assegurar que donada la posició que tenim ara, perdrem aquesta lluita.

Ells ja ofereixen reactors de baixa potència i, lamentablement per admetre-ho, industrialitzaran les plantes de reactors flotants més ràpid que nosaltres: els nostres companys ministerials estan molt interessats en aquests reactors, en comptes de desenvolupar la seva pròpia producció. Hem de desenvolupar-nos. Per exemple, els reactors de gas, els reactors refrigerats per gas a alta temperatura són, de fet, una direcció molt prometedora. Però per alguna raó també ho fem molt lentament, tímidament, inert.

Malauradament, durant la dècada dels noranta, ens va dominar la ideologia que és més fàcil i més barat comprar terres rares, per exemple, a la Xina, que fer el nostre propi producte.

Quant costa el combustible nou

Els productors són conservadors. I el seu conservadorisme està justificat. La filosofia del treballador de producció és clara: tinc una producció que funciona bé, treballo, sóc responsable del pla, de la producció, de la gent que treballa. Qualsevol innovació em comporta riscos. Sempre són possibles els riscos d'alguna cosa nova, que s'ha d'experimentar, i alhora, algunes avaries, superposicions, etc. El necessito? Prefereixo viure en pau. Per tant, el conflicte d'interessos: desenvolupament, promoció del nou i el punt de vista d'un treballador de la producció conservador, sempre ha estat, és i serà. Una altra cosa és que cal superar-ho racionalment.

Avui dia, hi ha varietats de combustible d'urani: nitrur, ceràmica, combustible amb l'addició de terres rares. Un nombre molt gran d'opcions. I això es fa sense cap cost, sense diners? Absolutament no. Per obtenir un nou combustible a base de tori, cal desenvolupar una tecnologia per a la fabricació d'aquests materials. I abans de dir que l'energia del tori és molt més cara que l'urani, hem de fer una cosa senzilla: una anàlisi econòmica comparativa. Per exemple, si s'utilitza una fosa de fluorur de tori com a combustible per a un reactor, em sembla que no és tan car obtenir fluorurs de tori. Si rebem combustible en forma d'elements esfèrics, aquesta és la segona opció, la ceràmica, la tercera opció. A més, estem parlant aquí, en primer lloc, de matèries primeres, de monazita, i la qüestió del preu es determinarà tenint en compte l'ús complex. És a dir, l'extracció de tota la quantitat de terres rares, urani i zirconi de la monazita, tot això reduirà seriosament el cost de producció de combustible a base de tori.

Una mica sobre reactors ràpids. No importa amb quina tecnologia, en quin reactor, en quina versió de disseny utilitzar neutrons ràpids, encendre un material natural: en una o altra quantitat, encara es generaran residus. I els residus s'han de reciclar. Si parlem de puresa de metodologia i conceptes, com a tal no hi ha un cicle tancat i no pot ser-ho. Però en l'opció de l'energia del tori hi haurà menys residus actius que caldrà reciclar.

Estic convençut que en qualsevol cas anirem passant a poc a poc a l'energia del tori, sobretot perquè les últimes investigacions i càlculs dels físics de la Universitat Politècnica de Tomsk, el càlcul teòric del nucli, mostren que és possible una transició evolutiva a l'energia del tori en relació a la llum. -Reactors d'aigua. És a dir, no una revolució immediata, sinó una transferència gradual del nucli dels reactors d'aigua lleugera existents amb una substitució parcial del nucli del combustible d'urani al tori.

Abans de penjar segells que això és dolent, i això és bo, cal abordar seriosament el negoci real. Suposem que fem un parell de barres de combustible i ho fem tot en bancs de proves. Elimina totes les característiques de la física nuclear. Cal fer molta investigació, ia llarg termini. I com més retardem, argumentant que és difícil i difícil, més endarrerim en el desenvolupament. Has de fer-ho tot a temps. En un moment, Sredmash es va dedicar a això, va rebre tori metàl·lic a les nostres empreses i aquestes tecnologies estaven disponibles. Cal plantejar l'experiència antiga, els informes antics, probablement tots es conserven als arxius, i els experts ho trobaran. Tenint en compte el que s'ha fet i les noves oportunitats, cal continuar tot això.

Alguns jaciments de tori a Rússia:

• Tugan i Georgievskoe (regió de Tomsk)

• Ordynskoe (regió de Novosibirsk)

• Lovozerskoe i Khibinskoe (regió de Murmansk)

• Ulug-Tanzekskoe (República de Tyva)

• Kiyskoe (territori de Krasnoyarsk)

• Tarskoe (regió d'Omsk)

• Tomtorskoe (Iacútia)

Tori per a l'Àrtic i més enllà

Hi ha una gran necessitat de centrals elèctriques mòbils i estacionàries en sèrie d'ultra baixa i baixa potència (d'1 a 20 MW), que es poden utilitzar com a fonts d'energia i calor en el desenvolupament dels territoris del nord, el desenvolupament de nous jaciments allà., així com en el subministrament d'electricitat a guarnicions militars remotes i grans bases navals a les flotes del Nord i del Pacífic. Aquestes instal·lacions han de tenir un període de funcionament el més llarg possible sense recàrrega de combustible nuclear, durant el seu funcionament no han d'acumular plutoni, han de ser fàcils de mantenir. No poden funcionar en el cicle urani-plutoni, perquè el plutoni s'acumula durant el seu ús. En aquest cas, una alternativa prometedora a l'urani és l'ús del tori.

El problema energètic a l'Àrtic és el problema número u. I això s'ha de tractar amb absoluta claredat. Ara mateix, a Zhodino, els nostres estimats amics bielorussos han fet el BelAZ més gran del món, amb una capacitat de càrrega de 450 tones. Perquè aquest "BelAZ" funcioni amb normalitat, tots els seus jocs de rodes es mouen per separat, hi ha un motor independent per a cada roda. Però per aconseguir electricitat, hi ha dos grans dièsel que mouen generadors elèctrics, que ho distribueixen tot a aquests motors elèctrics. Fem un petit reactor de tori i no s'ha d'instal·lar directament en aquest BelAZ. Podeu fer diferents opcions. Per exemple, seria molt eficient utilitzar reactors de tori de baixa potència per a la producció d'hidrogen. I transferir tots els motors a l'hidrogen. En aquest sentit, teòricament obtenim una imatge brillant, perquè quan cremem hidrogen, obtenim aigua. Energia absolutament "verda" amb la qual tothom somia. O farem centrals nuclears a partir de reactors de baixa potència. Amb el desenvolupament i l'exploració de l'Àrtic, els reactors locals mòbils, les instal·lacions de reactors de baixa potència donaran, des del meu punt de vista, un efecte econòmic nacional boig. Simplement boig. Haurien de ser exactament mòbils, locals, mòbils. I crec que no és tan difícil fer reactors de baixa potència amb tori amb un període de reabastament de deu anys o més a l'Àrtic. Sí, és possible fer reactors de baixa potència utilitzant les tecnologies existents: prenem els reactors que tenim a la marina, als submarins i als vaixells de propulsió nuclear. Posem-los. Comencem a explotar. Tot això es pot fer. Però les dificultats d'explotació i desmantellament, càrrega, descàrrega i retirada en les dures condicions de latituds nord complicaran molt l'ús d'aquest tipus d'instal·lacions.

Un altre exemple il·lustratiu. A les enormes pedreres de Yakut d'Alrosa, a les subdivisions mineres de Lebedinsky GK, quan s'extreu mineral de ferro, utilitzem BelAZ o erugues resistents, i hi ha un gran problema de ventilar les pedreres a causa de les emissions d'escapament i després d'explosions massives per trencar el mineral. Què s'aplica? Fins als motors d'helicòpters d'avions, però també funcionen amb combustibles fòssils, querosè, etc., al seu torn, es produeix una contaminació secundària de la pedrera. Quan es passa a vehicles amb reactors a base de tori, no cal ventilar les fosses obertes, no calen magatzems de combustible i lubricants, etc.

És un xoc per a mi quan Rússia, la successora legal de la Unió Soviètica, no pot proporcionar a la seva indústria nuclear un component natural, matèries primeres d'urani. No ho entenc, però em vaig criar en una vella escola i no vaig treballar enlloc excepte en Sredmash. No és cap broma, fa un temps, a jutjar per les fonts oficials de Rosatom, ens vam veure obligats a comprar matèries primeres a Austràlia.

Les empreses russes, diuen, no són rendibles, però en aquest cas, per què són rendibles empreses similars a Ucraïna, on també la mineria subterrània i el contingut de metall en mineral semblant al nostre, són rendibles? Probablement ha arribat la necessitat, la necessitat de l'estat de disposar de reserves estatals de materials estratègics per al desenvolupament de l'energia nuclear, així com per a la indústria en general. Tenint en compte aquests trucs que s'estan produint (sancions, etc.), en qualsevol moment ens podem posar en una posició molt, molt incòmoda, dependent.

Quan es tracta de qüestions de principis, de seguretat de l'estat, no només des del punt de vista de la capacitat de defensa, la seguretat de l'estat és un concepte ampli i enorme, i no només es tracta d'armes. Aquests són aliments i altres coses estratègiques.

On és la seu dels analistes i especialistes?

Em sembla que sota qualsevol ministeri hi hauria d'haver una mena de seu d'analistes, assessors, cardenals grisos, si voleu, digueu-los com vulgueu, que haurien d'analitzar una gran quantitat d'informació i separar el blat de la palla, definint l'estratègia de desenvolupament. Malauradament, sobretot avui en dia, sovint es prenen decisions sense una anàlisi adequada. El lideratge de la indústria hauria de participar en l'anàlisi i la planificació estratègica, entendre clarament en quina direcció es desenvoluparà encara més la indústria. I això s'ha de basar en les anàlisis adequades.

La mala notícia és que ens hem oblidat realment del concepte de "metalls crítics", del que cal per al desenvolupament de la indústria nuclear, per al seu funcionament ininterromput. Al meu entendre, l'itri, el beril·li i el liti són molt necessaris, un grup mitjà pesat és molt necessari: neodimi, praseodimi i disprosi. Aquests elements són realment necessaris per als propers 5-10-15 anys. Sí, hem determinat que necessitem aquests elements. Faré una pregunta senzilla: senyors caps, senyors tecnòlegs, vam rebre aquests elements. Què farem amb ells? Tenim una indústria secundària preparada per fer productes amb aquests elements? Qui farà si hi ha aquests negocis? Primer, ens poden dir que sí, vam fer prototips. La pregunta és diferent. Has fet alguna cosa que sigui competitiva? Aquest producte és rus i serà un producte millor en les seves característiques que l'alemany, etc. És com un televisor. Per a tu, com a consumidor, posarem un televisor rus i un televisor japonès. Estic segur que compraràs japonès. Aquesta és la pregunta: la indústria està preparada per utilitzar les terres rares correctament i en la direcció correcta? Estem preparats per fer-ne un producte competitiu o hem produït terres rares per vendre'ls al mercat? La Xina amb les nostres terres rares no ens deixarà entrar al mercat. Hi ha un conjunt de problemes que hem de resoldre de manera integral, però només estem declarant.

Però molt pitjor és l'envelliment del personal, el potencial al ministeri, a la corporació estatal. I això, malauradament, és especialment evident en la divisió de matèries primeres. I la divisió de matèries primeres és la columna vertebral. Si no teniu les matèries primeres, no hi haurà res amb què fer alguna cosa. El ferro es pot construir, però com es pot alimentar el ferro? No estem dient en va que hem de pensar i considerar la varietat de fonts de matèries primeres, inclòs el tori. Juntament amb això, no s'ha d'oblidar de l'urani, no s'ha d'oblidar de les reserves acumulades (component natural 238 en diverses formes). Tot això s'hauria d'utilitzar en un segment estret, competent, normal i fonamentat, en diferents versions. No pots enviar un graduat de Harvard a una mina, o un advocat a un taller metal·lúrgic. No hi aniran. I qui forma aquests especialistes ara? Als Urals, hi havia tota una indústria directament relacionada amb el Ministeri de Construcció de Màquines Mitjanes, l'enginyeria química. Les plantes d'enginyeria química més potents dels Urals.

Avantatges d'utilitzar tori:

+ Rendibilitat. El tori necessita aproximadament la meitat que l'urani per produir la mateixa quantitat d'energia.

+ Seguretat. Els reactors nuclears alimentats amb tori són més segurs que els reactors amb urani perquè els reactors amb tori no tenen marge de reactivitat. Per tant, cap dany a l'equip del reactor és capaç de provocar una reacció en cadena incontrolada.

+ Conveniència. Sobre la base del tori, és possible crear un reactor que no requereixi repostar.

Tres desavantatges de l'ús de tori:

- El tori és un element dispers que no forma els seus propis minerals i jaciments, la seva extracció és més cara que l'urani.

- Obrir la monazita (un mineral que conté tori) és un procés molt més complex que obrir la majoria de minerals d'urani.

- No hi ha una tecnologia ben establerta.

És una cosa paradoxal: avui cap universitat de Rússia forma especialistes en enginyeria química. I com es dissenyaran els dispositius en general sense especialistes? La gent gran marxarà. Porta una mostra a VNIIKhT ara, no hi ha ningú que la talli. Si m'equivoco, escriu que Valery Konstantinovich s'equivoca. Això serà correcte i correcte. Aquí us informem que tal universitat es prepara. Només estaré content d'haver-me equivocat, sincerament content. Ho dic per experiència personal. Fa poc vaig estar als Urals i em vaig trobar amb gent que treballa en aquesta indústria, aquestes són les seves paraules. Em van dir: "En cinc anys, pots oblidar que hi havia una indústria com l'enginyeria química a Rússia". Es tracta de persones amb experiència en el disseny i creació d'aparells per a l'enginyeria química: assecadors especials, forns especials, unitats de descomposició, de descomposició química. Aquesta és una branca especial de la tecnologia que consisteix a treballar amb àcids, en condicions tèrmiques, en recipients a pressió.

On més s'utilitza el tori?

1 L'òxid de tori s'utilitza per a la producció de ceràmica refractària.

2 El tori metàl·lic s'utilitza per aliar aliatges lleugers, que s'utilitzen especialment en l'aviació i la tecnologia de coets.

3 Els aliatges multicomponents a base de magnesi que contenen tori s'utilitzen per a peces de motors a reacció, projectils guiats, equips electrònics i de radar.

4 El tori s'utilitza com a catalitzador en la síntesi orgànica, el craqueig del petroli, la síntesi de combustible líquid a partir del carbó i la hidrogenació d'hidrocarburs.

5 El tori s'utilitza com a material d'elèctrode per a alguns tipus de tubs de buit.

Per què necessites un director?

Vaig ser el director general de les tres empreses més grans de Sredmash. N'estic orgullós i sé com es va construir la relació entre mi, com a director de l'empresa, el cap de la junta central i el ministre. Vaig prendre decisions en el marc de finançament i competència que tenia. I jo era responsable d'això. Vam prendre decisions, vam fer proves. Justificada? Sí. Però ho vam fer. Aleshores, a partir de tot això, vam justificar i demostrar la necessitat d'aquestes decisions. Això ho hem de fer, hem d'implementar-ho, està en la lògica del desenvolupament de la indústria, és necessari, etc. Ara tothom està esperant l'equip de Moscou, què hem de fer?

Qualsevol sistema de relacions, qualsevol sistema de la indústria, de l'economia nacional i en qualsevol altre lloc: aquest és un sistema de confiança. Si poses el director, aleshores a) vol dir que confies en ell, b) si confies en ell, li dónes un determinat marc de flotació lliure. Però el director, el comandant, responsable de la producció, de les persones, de les mesures de seguretat, del compliment del pla, d'un milió de totes les funcions, no pot trucar constantment des de Moscou i recriminar-los: No facis això, don no miris aquí, no hi vagis”. Si alguna cosa passa a la producció, el responsable serà el director, i no qui el tregui de Moscou. Ara el director de l'empresa, disculpeu-me, no pot comprar una pastilla de sabó. Tot passa per Moscou, per licitacions. Però si és així, per què necessites un director? Traieu-lo i ordeneu des de Moscou el que cal fer.

És qüestió de temps

Els científics que estan seriosament implicats en reactors ràpids tenen molt clar que la posada en marxa real està prevista per al 2030. Abans ningú planeja res. Hi ha molts problemes. El plom fos és un líquid corrosiu. El flux de plom als tubs de refrigeració és una qüestió de preguntes: què passa a la interfície, quines són les característiques de les capes límit, com canvien la transferència de massa i la transferència de calor, preguntes, preguntes, preguntes. El cas és que les capes límit tenen propietats fisicoquímiques completament diferents, hi ha coeficients de transferència de massa, transferència de calor, etc. completament diferents. El plom ha de ser d'una certa qualitat, amb el contingut d'oxigen requerit. Hi ha moltes preguntes. Hi ha respostes a aquestes preguntes? No ho sé. Necessitem números, càlculs.

Pel que fa al tori, tot depèn de com l'organitzem, com l'organitzem de manera constructiva, quin tipus de logística i qui gestionarà el projecte. Si som capaços de fer-ho de manera competent, seleccionarem especialistes apassionats de la idea de l'energia del tori, destinarem fons, un reactor d'investigació especial només per a aquests propòsits, amb producció de combustible, crec que complirem la pràctica. resultat en un temps força curt, com va ser als anys quaranta i cinquanta… Els laboratoris ja han fet una part important del treball sobre la física del nucli, el processament de la monacita amb l'alliberament selectiu de tori i la producció de terres rares. Tot el que s'ha fet abans s'ha d'acumular, analitzar i reunir en el marc del grup de treball sobre el desenvolupament de l'energia del tori. I feina.