Ученые Инженерной школы ядерных технологий Томского политехнического университета разрабатывают технологию, на основе которой можно будет создавать высокотемпературные газоохлаждаемые ториевые реакторные установки малой мощности. На таких установках политехники предлагают сжигать оружейный плутоний, перерабатывая его в электрическую и тепловую энергию. Получаемую на ториевом реакторе тепловую энергию дальше можно применить для производства водорода в промышленных масштабах. А еще на таких установках можно будет опреснять воду. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Annals of Nuclear Energy ( IF 1,312; Q2).

Ториевые реакторные установки можно будет использовать в тех районах, где нет больших водоемов и рек, наличие которых является обязательным условием для строительства классического реактора. Например, их можно будет применять в засушливых местностях, а также на севере - в отдаленных районах Сибири и в Арктике.

"Любая станция, как правило, строится на берегу реки. Озеро для этих целей не подходит, так как вода обязательно должна быть проточной, чтобы в ней не накапливалось никаких вредных элементов. Из реки вода забирается для нужд атомной станции. В частности, она используется в активной зоне реактора для его охлаждения. В ториевых реакторных установках вместо воды используется гелий, также могут подойти углекислый газ (CO2) или водород. Таким образом, воду использовать уже не потребуется", - рассказывает один из авторов статьи Сергей Беденко, доцент Инженерной школы ядерных технологий ТПУ. Топливом для нового типа реакторов послужат смесь тория и оружейного плутония.

 

Фото: Сергей Беденко



"Оружейный плутоний был наработан в больших количествах в мире еще в советские годы. Затраты на хранение этого топлива очень большие, и его нужно утилизировать. В США его обезвреживают при помощи химических методов и захоранивают, а в России - сжигают в реакторах. Однако при этом какой-то процент плутония все равно остается, и его требуется захоранивать на полигонах радиоактивных отходов. Наша технология позволит снизить этот процент. С ее помощью можно будет сжечь 97% оружейного плутония, - продолжает Сергей Беденко. - А когда весь оружейный плутоний будет утилизирован, на ториевых установках вместо него можно будет использовать уран-235 или уран-233".

Примечательно, что установка способна работать на невысоких мощностях (от 60Вт), для активной зоны ториевого реактора потребуется совсем немного топлива, а процент его выгорания при этом будет выше, чем на существующих сегодня реакторах. После переработки 3% оставшегося оружейного плутония уже не будут представлять ядерной опасности. На выходе образуется смесь из графита, плутония и продуктов распада, которую будет очень трудно использовать для каких-либо других целей. Эти остатки можно будет только захоронить.

"Пожалуй, главным преимуществом таких установок станет то, что они многоцелевые. Во-первых, мы эффективно утилизируем с помощью ториевого реактора один из самых опасных видов радиоактивного топлива, во-вторых - получаем энергию и тепло, а в-третьих - с его помощью можно будет наладить промышленное производство водорода",- резюмирует Сергей Беденко.

Получать водород ученые предлагают за счет гелия, который, как уже говорилось выше, заменит в ториевом реакторе воду. В активной зоне реактора гелий будет нагреваться до температуры в 1250 C°, а затем поступать на установку по производству водорода. По словам политехников, масштабы производства водорода на такой атомной станции будут гораздо выше, чем на существующих химических производствах. Еще одним важным преимуществом ториевой установки станет то, что, в зависимости от нужд производства, можно будет менять мощность реактора, повышая или понижая объемы производимого водорода.

Да и вообще, по словам ученых, сама установка в разы безопаснее и экономичнее по сравнению с традиционными реакторами. Авторы научной статьи сообщают, что к достоинствам таких реакторов относится более высокая безопасность в сравнении с традиционными конструкциями, повышенный КПД (до 40-50%), отсутствие фазовых переходов теплоносителя, уменьшение проблем с коррозией рабочих поверхностей, возможность использования разного по составу топлива и его перегруза в процессе работы реактора, упрощенное обращение с отработавшим ядерным топливом.

"Во-первых, сэкономить позволяет использование в реакторе тория. В существующих реакторах используется уран, который требуется обогащать. Эта процедура является, пожалуй, одной из самых дорогих в атомной отрасли. Торий обогащать не требуется, а оружейный плутоний уже содержит в себе требуемую концентрацию делящегося материала. Их остается только смешать и изготовить топливные таблетки, - поясняет Сергей Беденко. - Кстати, такое топливо можно будет использовать не только в ториевых установках, но и на распространенных реакторах ВВЭР-1000".

Кроме этого, сама конструкция ториевых реакторных установок содержит гораздо меньше элементов, чем в классических реакторах, что сделает их строительство в разы дешевле. Ученые рассчитывают, что проработать такие установки в перспективе смогут не менее 10 - 20 лет, а после того, как топливо будет отработано, активную зону ториевого реактора можно будет либо перезагрузить, либо утилизировать.

"Изначальные затраты на строительство таких установок окажутся довольно-таки существенными, однако они окупятся за счет массового производства торий-плутониевого топлива, а также за счет импорта этой технологии в те страны, где необходимы такие установки. Например, в такие небольшие страны, как Вьетнам или Корея, где построить полноценную АЭС дорого", - говорит Сергей Беденко.

Кроме производства водорода, на ториевых установках также можно будет опреснять воду, что важно для тех районов, где существуют проблемы с наличием пресной воды.

"В своей статье мы постарались, прежде всего, обратить внимание общественности на то, что эту технологию необходимо начинать развивать в России. Сейчас похожие проекты уже появляются в США, Китае, Индии, Корее. И нет никаких сомнений, что внешний рынок по производству таких установок появится уже через несколько лет. В Китае уже сейчас производят похожие топливные элементы, запущена производственная линия, в этом году планируется запуск первого маломощного реактора. Его концепция отличается от той, которую предлагаем мы, по ряду параметров, но он тоже высокотемпературный и может служить для производства энергии и водорода. Однако в этих установках планируют использовать не торий, а уран. Метод, предлагаемый нами, еще более эффективен в связи с тем, что торий не потребуется обогащать. И в перспективе наша технология сможет составить достойную конкуренцию зарубежным производителям", - заключает Сергей Беденко.

Справка:

ТПУ - участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020-му году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования.

Источники

Ученые ТПУ: строительство ториевых реакторов позволит "превращать" оружейный плутоний в энергию и водород
БезФормата.Ru Томск (tomsk.bezformata.ru), 15/01/2018
Ученые ТПУ: строительство ториевых реакторов позволит "превращать" оружейный плутоний в энергию и водород
Томский политехнический университет (tpu.ru), 15/01/2018
В Томске анонсировали разработку безжидкостных ториевых реакторов | ИА КРАСНАЯ ВЕСНА
ИА Красная весна (rossaprimavera.ru), 15/01/2018
Оружейный плутоний превратят в энергию и водород
Nanonewsnet.ru, 15/01/2018
Для утилизации накопленного в советские годы оружейного плутония создадут ториевый реактор
Русская планета (rusplt.ru), 15/01/2018
Томские ученые разрабатывают технологию, которая позволит создать ториевые установки малой мощности
Редкие земли (rareearth.ru), 16/01/2018
Энергетика нового поколения: Россия разработала технологию создания ториевых станций на замену ядерным реакторам
VN (vigornews.ru), 17/01/2018
Энергетика нового поколения: Россия разработала технологию создания ториевых станций на замену ядерным реакторам
Политэксперт (politexpert.net), 17/01/2018
Энергетика нового поколения: Россия разработала технологию создания ториевых станций на замену ядерным реакторам
Хорошие новости России (rus.vrw.ru), 19/01/2018
Энергетика нового поколения: Россия разработала технологию создания ториевых станций на замену ядерным реакторам
Империя (imperiyanews.ru), 19/01/2018
Энергетика нового поколения: Россия разработала технологию создания ториевых станций на замену ядерным реакторам
Cont.ws, 19/01/2018
Энергетика нового поколения: Россия разработала технологию создания ториевых станций на замену ядерным реакторам
Красная Армия (topnewsrussia.ru), 22/01/2018
В ТПУ разрабатывают технологию создания высокотемпературных ториевых реакторов
Научная Россия (scientificrussia.ru), 22/01/2018
Ученые ТПУ: строительство ториевых реакторов позволит "превращать" оружейный плутоний в энергию и водород
Nanonewsnet.ru, 23/01/2018
Ученые ТПУ: строительство ториевых реакторов позволит "превращать" оружейный плутоний в энергию и водород
ИА ИНВУР (invur.ru), 25/01/2018
Могут ли ториевые реакторы утилизировать оружейный плутоний?
T-human.com, 24/01/2018
Российскими учеными разработана технология создания ториевых станций
Международный промышленный портал (promvest.info), 26/01/2018
Превращать оружейный плутоний в энергию и водород смогут реакторы, разработанные томскими учеными
БезФормата.Ru Томск (tomsk.bezformata.ru), 31/01/2018
Превращать оружейный плутоний в энергию и водород смогут реакторы, разработанные томскими учеными
123ru.net, 31/01/2018
Превращать оружейный плутоний в энергию и водород смогут реакторы, разработанные томскими учеными
ГТРК Томск, 31/01/2018

Похожие новости

  • 11/10/2016

    Алмазы, выращиваемые в ТПУ, могут быть использованы для Большого адронного коллайдера

    ​Ученые лондонского университета Роял Холлоуэй (Royal Holloway, University of London, RHUL) предложили разработать новые датчики для Большого адронного коллайдера на основе тонких алмазных пленок, выращиваемых в Томском политехническом университете.
    1101
  • 11/04/2017

    Томские ученые в ЦЕРНе сузили зону поиска частицы-посредника между видимой и невидимой Вселенной

    ​Ученым Физико-технического института Томского политехнического университета и их коллегам из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) за год удалось примерно на 25% сузить зону поиска темного фотона — частицы-посредника между видимым миром и темной материей — невидимой частью нашей Вселенной, влияющей на движение звезд и галактик.
    628
  • 31/05/2016

    До конца 2018 года ТПУ завершит создание Научного парка

    ​Первая очередь Научного парка, открытая к 120-летнему юбилею Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ) стала, вероятно, самым весомым и ценным подарком вуза университетской элите, студентам, аспирантам и всем тем, кто не мыслит себя сегодня вне науки.
    1188
  • 12/10/2016

    Томские ученые испытывают новые стекла для космических спутников

    ​Сотрудники НИИ ПММ ТГУ проводят испытания покрытий, созданных для защиты иллюминаторов, линз и зеркал космических аппаратов от эрозии. При помощи легкогазовой баллистической установки экспериментальные образцы обстреливают микрочастицами порошка железа со скоростью 5-8 километров в секунду.
    1289
  • 14/12/2017

    Томские ученые создадут центр анализа данных адронного коллайдера

    ​Ученые Томского государственного университета получат грант, предназначенный для создания центра мирового класса по анализу данных Большого адронного коллайдера. Ожидается, что томские ученые создадут кластер для анализа данных на базе суперкомпьютера СКИФ Cyberia.
    238
  • 19/08/2016

    В МИСиС разработали супермагнит для реализации проектов в Арктике и в космосе

    ​Ученые Национального технологического исследовательского университета МИСиС разработал супермагнит, который сохраняет свои свойства при экстремальных условиях и может использоваться, как в Арктике, так и в космосе.
    842
  • 25/10/2016

    Томские ученые создадут первый в РФ томограф для изучения сложнейших объектов

    ​Ученые Томского политехнического университета выиграли конкурс Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы".
    1083
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    2020
  • 25/10/2016

    Томский аспирант улучшит диагностику мощнейшего в мире синхротрона

    ​Аспирант Физико-технического института Томского политеха Артем Новокшонов вместе с учеными Научной Лаборатории DESY (Германия) работает над улучшением и тестированием новых методик диагностики электронного пучка синхротрона PETRA III - одного из мощнейших источников синхротронного и рентгеновского излучения в мире.
    1002
  • 05/03/2018

    ​Ученые ТГУ создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул

    ​Ученые кафедры оптики и спектроскопии физического факультета ТГУ с коллегами из Швеции и Финляндии создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул. Благодаря этому алгоритму можно вычислять оптические, люминесцентные (светимость, квантовый выход флуоресценции) свойства молекул и веществ с использованием высокоточных методов квантовой химии.
    228