Торий-плутоний по-норвежски

10 июля 2013
График с результатами по бесконечному коэффициенту размножения из статьи компании "Thor Energy". Красным цветом показаны зависимости реактивности от времени для уранового топлива (сплошная линия - без выгорающих поглотителей, пунктирная - с выгорающими поглотителями). Зелёная, синяя и чёрная кривые - для различных вариантов торий-плутониевого топлива.

В ряде СМИ появились сообщения о том, что в Норвегии проводится уникальный эксперимент по сжиганию тория в "стандартном испытательном" реакторе. Электронное издание AtomInfo.Ru попыталось разобраться в ситуации.

Впервые в истории для норвежцев

Первоисточник всех сообщений - новость, распространённая агентством "World Nuclear News" 21 июня.

Профессиональное агентство дало свой комментарий в спокойных выражениях. Восторженная тональность и обороты "впервые в истории" появились потом, в переводах и публикациях на тему.

Согласно WNN, речь идёт о том, что в Норвегии в последнюю неделю апреля в исследовательский реактор HBWR было загружено "ториевое топливо" для проведения программы испытаний.

Испытания проводятся по заказу норвежской компании "Thor Energy". Ториевое топливо, загруженное в реактор, представляет плотный диоксид тория, разбавленный 10% диоксида плутония.

Программа эксперимента рассчитана на пять лет. Для эксперимента германский институт трансурановых элементов изготовил восемь таблеток из смешанного торий-плутониевого топлива. Для следующих стадий экспериментальной программы предполагается, что в Великобритании будут изготовлены "полностью прототипные таблетки" из такого топлива.

Из сообщения института IFE, в котором расположен исследовательский реактор HBWR, становится ясным - к этой программе действительно применимы слова "впервые в истории". Впервые в истории институт IFE выполняет заказ по облучению топлива для норвежского клиента.

А говорить о том, что в Халдене впервые в истории "сжигается торий", конечно же неверно.

Норвежские расчёты

Компания "Thor Energy" предлагает на своём сайте всем желающим ознакомиться с трудами по ториевому топливу. Большая часть публикаций распространяется на платной основе. Все попытки приобрести эти статьи оказались безрезультатными.

В открытом доступе можно ознакомиться с докладом, представленным одним из сотрудников компании на конференции по торию и редким землям в 2012 году в ЮАР.

Данная работа представляет собой узкое расчётное исследование одного конкретного аспекта - нейтроники смешанного торий-плутониевого топлива. Расчёты производились по коду CASMO-5 для двумерной модели. В качестве исходных данных были взяты параметры шведского блока "Ringhals-3". Судя по всему, исследования проводились на уровне кассеты, а не реактора - так, доклад ограничивается результатами по k∞.

Из доклада становится понятным, чем в первую очередь ториевое топливо заинтересовало норвежскую компанию. Присутствие тория в топливе теплового реактора позволяет существенно снизить темп потери реактивности с выгоранием.

На приведённом графике легко видеть - если для стандартного уранового топлива (красные линии) k∞ достигает единицы примерно через 25 месяцев работы, то для различных вариантов с торием это случится спустя 40-50 месяцев после загрузки в реактор.

Результат, конечно, интересный - хотя и не новый. Проблема в том, что представленные в статье исследования соответствуют примерно уровню вузовской науки и затрагивают лишь один из многочисленных аспектов создания нового топлива.

Документ МАГАТЭ

Интересно отметить, что об экспериментальной программе Норвегии по торию СМИ уже упоминали в 2010 году. В МАГАТЭ в это время вышел документ по твэлам для водяных реакторов, несколько страниц которого были посвящены норвежской программе, причём именно деятельности компании "Thor Energy".

Компания "Thor Energy" в документе МАГАТЭ была представлена как малая норвежская компания в составе группы "Scatec", работающей в сфере возобновляемых источников энергии.

Группа интересуется солнечными и ветряными станциями, однако в 2006 году она сформировала отдельную компанию по атомной тематике, осознав необходимость присутствия атомной энергетики в энергобалансе многих стран.

В 2007-2008 годах "Thor Energy" при поддержке неназываемой "крупной северной генерирующей компании" провела теоретические исследования, чтобы определить целесообразность использования ториевого топлива в существующих тепловых реакторах - PWR, BWR, HWR и даже HTGR.

Отдельной проработке подвергся вопрос о выборе делящегося материала в качестве запального для ториевого топлива (общеизвестен факт, что торий в тепловом спектре сам по себе не является топливом).

Высокообогащённый уран был отвергнут по соображениям нераспространения. Норвежцев интересовал уран-233 в гипотетической чистой форме, однако им пришлось сделать оговорку, что в реальности такой материал будет обязательно чем-то разбавлен - опять же, по соображениям нераспространения.

Два остальных варианта запального материала - реакторный плутоний и уран, обогащённый до 20%. Сегодня можно сказать, что в итоге "Thor Energy" остановилась на первом из них, то есть, на торий-плутониевом топливе.

После теоретических исследований компания приступила к подготовке реакторного эксперимента. В документе МАГАТЭ можно найти достаточно подробное - хотя и стандартное - описание задач, которые потребуется решить в ходе эксперимента.

Предполагается отслеживать поведение температур, выход газообразных осколков деления, механические и химические изменения и взаимодействия, и так далее. Исследовательский реактор в Халдене в состоянии обеспечить выдачу заказчикам такой информации.

Заключение

Эксперимент, который стартовал в Халдене после нескольких лет подготовки, действительно представляет интерес, так как в мире накоплено не так много данных по поведению под облучением топлива из тория и плутония.

С этой точки зрения, за норвежских коллег можно только порадоваться.

Говорить о каком-либо практическом применении норвежского торий-плутониевого топлива сейчас нельзя. Всё, что демонстрирует норвежская компания - это лишь расчёты отдельных аспектов поведения топлива и только начавшийся пятилетний облучательный эксперимент.

Подобный уровень работ можно уверенно классифицировать как начальная стадия НИР. О практическом применении можно будет говорить только через пару десятилетий, если не позже.