Е нергията има изключително голямо значение за настоящия ни начин на живот, и за това е необходимо да знаем как най-ефективно и най-екологично да я добиваме. Това може да бъде познатата атомната енергия, но едва ли са много хората, които са запознати с торий, което съвсем скоро може да се промени. Този непретенциозен метал е възможно един ден да измести урана, като предпочитано ядрено гориво.
Открит през 1828 г. от шведския химик Йонс Якоб Берцелиус, торий е кръстен на скандинавския бог на гръмотевиците Тор. Това е леко радиоактивен метал, чийто следи се откриват в скали и почви по целия свят и е особено разпространен в Индия и щата Айдахо в САЩ. Торият има само един основен изотоп 232Th, докато от другите изотопи съществуват само малки количества. Този изотоп се разпада до оловния изотоп 208Pb, но интересно при тория е, че 232Th може лесно да абсорбира преминаващите неутрони, превръщайки го в изотопа 233Th. Този нов изотоп за броени минути излъчва електрон и антинеутрино, превръщайки се в изотоп на паладий 233Pa. С полуразпад от 27 дни, 233Pa се превръща в урановия изотоп 233U, използван за ядрено гориво. Необходимо е да се създадат горива и реактори, които да произвеждат повече 233U, отколкото реакторът консумира. Ако това бъде постигнато, тогава торият ще превъзхожда урана, който не може да произвежда повече гориво в конвенционален реактор. Също така е възможно да се смесват торий и плутоний в хибридно гориво, от което да се произвежда уран, докато плутоният се консумира. Важно е, да се намери оптималната смес и подредба на горивото, което да улавя и поглъща неутроните. Торият също абсорбира бързи неутрони, така че те могат да се използват в реактори с разтопена сол и други от IV-то поколение, с ураново или плутониево гориво за реакцията които сега навлизат.
От 1960 г. до сега, не са много реакторите използващи торий, сред тях е реактора в националната лаборатория Оук Ридж (Oak Ridge National Laboratory ) в САЩ и още няколко научно-изследователски реактора, които са в експлоатация. Сега, торият се разглежда от някои, като решение на енергийните и екологични проблеми за хиляда години напред, но недостатъците са високите начални разходи и многото технически препятствия. Друга причина, поради която развитието на технологията е толкова бавно е, че реакторите използващи уран и инфраструктурата, която да ги поддържа, бяха развити през Втората световна война. Разработването на бърз реактор с течен метал (LMFBR) през 70-те години на миналия век е било с много по-обещаващи приложения от тория и някой правителства са прекратили проучванията на тория след 1973 г. В началото на 21-ви век много инженери в областта дори не са били запознати с реакторите използващи торий. Днес, в процес на разработка са редица различни дизайни на ториеви реактори, особено в Индия и Китай. Това са някои от реакторите с торий, които вече работят, в момента се строят или все още са само проект.
Усъвършенстван реактор с тежка вода (AHWR). Това са реактори, при които неутроните се забавят или удлавят от тежка вода, която е химически идентична с обикновената лека вода, но водородните атоми се заменят от деутерий, който е изотоп на водорода с допълнителен неутрон (2H). Охлаждането е посредством лека вода, която задвижвана от гравитацията, естествено циркулира в басейн. Тъй като торият абсорбира неутрони, той е много добро гориво за AHWR. Също така, технологията вече се използва от десетилетия в реактори с тежка вода, като канадския CANDU. След като водещото гориво е заменено с рециклиран 233U, 80 процента от произведената енергия е от цикъла на тория. Най-новият индийски реактор AHWR-300, ще има ториево ядро, когато влезе в експлоатация в Центъра за атомни изследвания Bhabha (Bhabha Atomic Research Centre), в Мумбай.
Воден хомогенен реактор (AHR). Водните хомогенни реактори (AHR) се различават от другите реактори с това, че използват ядрени соли, като уранов сулфат или уранов нитрат, разтворени в лека или тежка вода, която действа като източник на гориво, охлаждаща течност и регулатор. Посредством използването на тежка вода е възможно да се въведе разтворима ториева сол в сместа.
Реактор с вряща вода (BWR). Както подсказва името, реакторите с вряща вода работят чрез кипене на охлаждащата вода, произвеждайки пара за въртене на турбини. Предимството им е гъвкавия дизайн, използващ горивни пръти с различна дължина и състав, които могат да бъдат подредени в ядрото, което е подходящо за ториево-плутониеви горива. В тези реактори е възможно да се конфигурират ториевите елементи, за да се превърне BWR в реактор за размножаване, който произвежда повече гориво, отколкото консумира, което обикновено е невъзможно с термични неутронни ядра.
Воден реактор под налягане (PWR). Водните реактори под налягане (PWR) са едни от най-разпространените ядрени реактори и използват активна зона в съд под налягане, за повишаване температурата на водата. Въпреки че е възможно да се произвеждат ториеви горивни елементи за тези реактори, техният дизайн не е много гъвкав и не може да произведе значителни количества от 233U.
Реактор с разтопена сол (MSR). Реакторите с разтопена сол (MSR) използват смес от соли, загрята до 700 °C, както за охлаждаща течност, така и като контейнер за ядреното гориво. Смесвайки ториев флуорид и уранов флуорид в солите, вместо под формата на горивни пръти. Това прави реактора по-ефективен, но и премахва необходимостта от тежки конструкции за реактора, тъй като работи при атмосферно налягане и позволява системи за пасивна безопасност в случай на спиране. Освен това, реакторът може редовно да бъде зареждан с гориво и да се почиства от странични продукти чрез химически цикъл, като притежава потенциал да бъде размножаващ реактор.
Високотемпературен реактор с газово охлаждане (HTR). Високотемпературните реактори с газово охлаждане (HTR) са реактори от IV-то поколение, които използват горива на базата на торий под формата на камъчета, покрити с пиролитичен въглерод и слоеве от силициев карбид, които задържат газовете при делене, и след това покрити с графит, който действа като регулатор и предпазва от високи температури горивото. Тези реактори с камъче се захранват с гориво отгоре, а отработените камъчета се отстраняват отдолу. Охлаждането се осъществява посредством циркулация на инертен газ хелий.
Реактор с бързи неутрони (FNR). Реакторите с бързи неутрони (FNR) използват бързи неутрони вместо бавни или термични неутрони, използвани в конвенционалните реактори. Този тип реактор не се нуждае от регулатор, за да функционира и може да изгаря торий, но може да използва и обеднен уран, който е в големи количества и е сравнително евтин.
Задвижван от ускорител реактор (ADS). Ускорителният реактор (ADS) е концептуален реактор, който може да използва торий, смесен с плутоний. При този дизайн горивото се поддържа с по-ниска плътност, отколкото би била необходима за поддържане на ядрена реакция. Вместо това горивото се бомбардира с неутрони, генерирани от ускорител на частици. Това го прави много безопасен и произвежда краткотрайни ядрени отпадъци. Но основна пречка остава, изграждането на ускорител, който да бъде достатъчно надежден за такъв реактор.
Като бъдещо ядрено гориво торият има редица предимства и недостатъци, в сравнение с урана. Не на последно място е, че друг източник на гориво би увеличил значително наличните енергийни ресурси. Торият е наличен в изобилие, като олово в земната кора, и би могъл да задоволи нуждата от енергия на планетата за хиляда години, без значителното обогатяване, необходимо за урановите горива. Също така, някои ториеви реактори могат да произвеждат по-малко ядрени отпадъци от сегашните реактори под налягане, а произведените отпадъци се разпадат много по-бързо от изотопите от конвенционалните горива. Сред недостатъците е, изграждането на ториева ядрена енергийна система, което изисква скъпо разработване и изпитания, което би било трудно да се оправдае, тъй като уранът е сравнително евтин и горивото е много малка част от разходите за изграждане на реактор. Освен това горивата на базата на уран все още ще са необходими като двигател за стартиране на ядрената реакция, което означава, че инфраструктурите за торий и уран трябва да работят заедно. Проблем е и радиацията при боравенето с изотопа 233U, който съдържа следи от 232U, излъчващ много активно гама лъчи.
Използването на торий за производството на енергия поражда някои погрешни схващания и дори конспиративни теории. Това се дължи на факта, че много от проектите за ториеви реактори са от усъвършенстваното IV-то поколение и реактори за размножаване. Това може да обърка хората да мислят, че всички ториеви реактори използват по-напреднала технология от урановите, както и че ториевите реактори са синоними за реакторите за размножаване. До някъде, това поражда тория, че реакторите с торий използват технология чудо, която се предполага, че е била скрита от тъмни сили. Наистина погрешно схващане е, че торият не може да се използва за производство на ядрени оръжия и това е причината технологията да бъде отхвърляна. Това е така, но се отнася за самия торий, докато произвежданият от него 233U може и е бил използван за направата на бомба, въпреки че е твърде радиоактивен, за да може всеки да борави с него, както и това че 233U може да се взриви предварително и оръжието няма да функционира правилно, ако дизайнът не е подходящ. Друга теория предполага, че торият е бил отхвърлен, защото не може да се използва за производство на плутоний, който се използва в ядрените оръжия. Това не е така, защото гражданските реактори не са подходящи за производството на плутоний оръжия. Всъщност тория е отхвърлен поради икономически причини. Производството на гориво от него е било скъпо, както и уранът е необходим за сместа. Погрешно е и да се смята, че има повече торий, отколкото уран. Въпреки че, наистина в земната кора има три пъти повече торий отколкото уран, торият не се разтваря във вода, както уранът. Това означава, че океаните съдържат приблизително 5 милиарда тона уран, за разлика от 6,4 милиона тона торий в земната кора.
Ако торият може да захранва нашата цивилизация в продължение на хиляди години, при положително развитие на технологията за добив от морска вода, уранът може да захранва човечеството, докато не трябва да се премести на друга звезда, поради това че Слънцето вече е твърде старо. Въпреки всичко това, торий има в изобилие и е лесно достъпен на места като Индия, където се възползват за изграждането на ториеви реактори. Тъй като повечето модерни ядрени реактори са размножители, въпросът за горивото може да бъде спорен. Докато ториевите реактори произвеждат много по-малко дълготрайни ядрени отпадъци от урановите реактори, реакторите за размножаване на бързи неутрони, заедно с преработката обещават същото. Сега торият се възражда, като в Холандия се провеждат експерименти с технологията с разтопена сол и торий и се изграждат реактори не само в Индия и Китай, но и на други места. В свят, все по-загрижен за въглеродните емисии, призивите за разширяване на дела на ядрената енергия с нулев въглероден отпечатък стават все по-силни. Може да се окаже, че с въвеждането на реактори от IV-то поколение, енергия ще се добива от сместа на уран и торий.
Николай Ваташки
