Что случится, если мы узнаем, что при помощи атомного двигателя можно решить проблему лишних выбросов вредных веществ в результате сгорания обычного дизеля или бензина. Как это на нас повлияет? Мы приглашаем всех, кого интересует данная тема, поговорить об атомном двигателе для автомобиля, работающего на изотопе тория-232. Любопытно, что как раз у тория-232 наибольший период полураспада среди прочих изотопов этого элемента. При этом именно он – самый распространенный. Ученые из американской компании Laser Power Systems изучили данный факт и предположили, что можно создать двигатель, использующий в качестве топлива торий. Этот проект в настоящее время является абсолютно реальным.

Давно уже выявили, что если использовать торий в качестве топлива, он будет иметь преимущество, выделяя в процессе работы невероятное количество энергии. Ученые подсчитали, что лишь восемь граммов тория-232 дадут двигателю возможность работать в течение 100 лет. Один же грамм этого вещества производит энергии больше, чем 28 000 литров бензина. Согласитесь, что цифры впечатляют. Среди далеких от атомной энергетики людей существует теория, согласно которой именно торий скрывают злые атомные гении от рядовых потребителей энергии. Он дешев, безопасен, совсем не оставляет радиоактивных отходов. Атомная энергетика с ним пришла бы на вершины могущества. Но по каким-то причинам этого не случилось…

В настоящее время парк ядерных промышленных реакторов на все сто процентов применяет урановое топливо, а именно – изотоп U235. Этому есть довольно простое объяснение, в природе данное вещество – единственное, способное поддерживать цепную реакцию распада. Прочие тяжелые природные элементы, скажем, все тот же торий, Th232, и U238, не поддерживают ядерную цепную реакцию. Существует еще несколько веществ, получаемых искусственно и способных работать в реакторе. Речь идет, например, о Pu239 или U233, получаемых посредством трансмутации все тех же U238 и Th232. Тяжеловодные реакторы, наряду с жидкосолевыми и газоохлаждаемыми, являются одними из ведущих технологий, в которых реально применять ториевый цикл. То есть торий ядерным топливом не является, вот первая причина, по которой мы не получаем сотни реакторов на тории, с легкостью снабжающих электричеством весь мир. Он обретает смысл лишь в составе ЗЯТЦ – замкнутого ядерного топливного цикла. Аналогично ЗЯТЦ на уране, торию потребуются быстрые реакторы, коэффициент производительности которых превышает единицу, а также перерабатывающие радиохимические заводы и прочие сложности. Фактически, Th232 является конкурентом U238, вещества, вполне превращаемого в ядерное топливо.

У всякого кандидата в ядерное топливо, в общем-то, существуют собственные минусы и плюсы. Например, в земной коре тория в несколько раз больше, нежели урана. Это его большой плюс. Торий не имеет проблем с минорными актиноидами. А топливо на базе ториевого цикла оказывается не радиоактивным лишь через несколько сотен лет, в отличие от уранового цикла в сотни тысяч лет. И это – главное преимущество тория. Однако торий приходится добывать, а три с половиной миллиона тонн урана уже находятся на складах. В процессе трансмутации Th232 в U233 выделяется промежуточный Pa233, распадающийся довольно долго и являющийся нейтронным ядом. И это – значительный минус. Побочный изотоп U232, нарабатываемый в топливе с торием, при распаде дает цепочку из жестких гамма-излучателей, сильно осложняющих переработку ОЯТ – отработавшего ядерного топлива. Ясно, что при подобных условиях и при отсутствии ЗЯТЦ торий имеет мало шансов, во всяком случае, в наши дни. В остальном же у тория не обнаружено каких-либо преимуществ или недостатков. Ему нередко приписывают отсутствие проблем распространения оружейно-ядерных технологий, а зря. Плутония тут, конечно, нет, но имеется U233, прекрасно подходящий для создания ядерных бомб. Превращения в топливе современного реактора материалов: три с половиной процента U235 распадается в продукты деления, одновременно из U238 вырабатывается три процента Pu, из которых два процента также распадается, выдавая нейроны и тепло.

Что же является определяющим для будущего тория?

Есть проблема минорных актиноидов, когда в процессе работы ядерного реактора из 95–97 процентов U238 и 3–5 процентов U235, в процессе поглощения нейтронами возникают различные «нехорошие» вещества, называемые минорными актиноидами. В эту группу входят нептуний Np-237, а также изотопы америция Am-241, –243 и кюрия Cm-242, –244, –245. Они все радиоактивны, являясь мощными гамма-излучателями. Правда, в «свеженьком» ОЯТ их окажется вовсе немного: на тонну – лишь несколько килограммов. А ведь еще более активных продуктов деления, вроде известного Cs-137, на тонну образуются десятки килограммов.

Где же тут проблема?

Все дело в периоде полураспада. Длиннейший период полураспада продуктов деления у Cs-137. Составляет он около трех десятков лет. За три сотни лет его активность станет меньше в тысячу раз, за девять сотен – в миллиард. А значит, за исторически вполне обозримый период времени мы можем прекратить беспокоиться о коррозии ОЯТ. Для минорных актиноидов периоды полураспада достигают тысячелетий, что означает удлинение сроков их хранения с веков до десятков тысяч лет. Подобный временной отрезок вообразить довольно сложно. Но вот вполне реально представить, что в случае интенсивной деятельности атомной энергетики уже через несколько тысячелетий ОЯТ заполнит весьма значительную территорию, при этом популярнейшей профессией окажется «охранник хранилища ОЯТ».

История изменится, если заменить имеющийся ныне цикл с однократным применением топлива на цикл замкнутый, нарабатывая ядерное топливо из Th232 или U238 и сжигая его в реакторе. При этом, понятно, резко уменьшится объем ОЯТ, хотя начнет значительно возрастать количество минорных актиноидов. Проблема уничтожения в ядерных реакторах при помощи расщепления или трансмутации минорных актиноидов берет начало еще с 70 годов прошлого века, одной из самых серьезных на пути к развертыванию ЗЯТЦ. В этот момент «на коне» оказывается Th232. Минорные актиноиды не будут образовываться в его ЯТЦ. Выходит, отпадает проблема с «вечным» хранением ОЯТ. Не будет и проблем в обращении со столь неприятными и непростыми субстанциями во время переработки уранового ОЯТ. В связи с этим, у тория получается серьезное преимущество, именно на нем ЗЯТЦ может быть в чем-то проще.

Оно компенсируется, правда, нехорошими ядерно-физическими особенностями вещества. Наработка из Th232 в U233 и U238 в Pu239 ядерного топлива осуществляется посредством генерации промежуточных изотопов соответственно Pa233 и Np239. Оба вещества являются «нейтронными ядами», поглощающими нейтроны. Правда, у протактиния период полураспада в десять раз больше, иными словами, содержание в топливе его в 1000 (210) раз более. Как результат – солидные проблемы в попытках создания быстрого классического реактора на Th232 и U233. Как следствие этой проблемы - идея жидкосолевого реактора. В такую емкость с расплавом из «ядерной» соли FLiBe= LiF + BeF2 добавляют фториды U233 и Th232. Управляют подобным реактором при помощи контроля утечки активной зоны нейтронов. У него фактически не существует каких-либо исполнительных механизмов в границах АЗ. Самое главное, что он непрерывно очищается радиохимическим методом от продуктов распада U233 и Pa233.

Идея жидкосолевого реактора очень важна для ядерной инженерии и вместе с тем является кошмаром для материаловедов. Ведь в данном расплаве за короткий промежуток времени образуется почти вся таблица Менделеева. Пока что никто не смог создать материал, который мог бы удержать подобную смесь в условиях радиации и высокой температуры без коррозии.

Можно подвести итог. У атомной индустрии в настоящее время не существует ни потребностей, ни возможностей к возведению ториевой энергетики. Как это выглядит с экономической точки зрения? Торий не будет интересен, покуда стоимость килограмма урана не превысит три сотни долларов. Именно так сформулировали в выводах отчета МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергетике) по ториевому циклу. Даже Индия, в условиях отсутствия ресурсов урана внутри страны и ограничения его поставок, сделавшая в 80 годы ставку на ториевый ЗЯТЦ, в наши дни потихоньку сворачивает свои разработки по его запуску. У России же есть наследие лишь из той эпохи, когда минусы и плюсы тория были вовсе неясны. Остались только, расположенные в Красноуфимске, склады с 80 тысячами тонн ториевой руды, или монацитового песка. Мы не имеем при этом ни значительных экономически оправданных месторождений тория, ни планов осваивать его для ядерной энергетики.