Недостатки открытого цикла — большая стоимость долговременных хранилищ и полигонов для захоронения, трудности обеспечения долговременной изоляции ТВС от окружающей среды. Всё-таки по 20 тонн отработанного топлива в год с каждого 1000-мегаваттного реактора — это очень немало. При этом существует реальная опасность освобождения радионуклидов в случае разрушения ТВЭЛов при их длительном хранении. Также необходима постоянная вооруженная охрана захоронений.
— Понятно, — медленно покивал Первый секретарь. — А что скажете относительно ториевого цикла?
— То же самое. Преимуществ у него много, но и недостатки имеются, — ответил Александров. — Прежде всего, тория в 4–5 раз больше, чем урана. Его добыча менее опасна в части радиоактивности. Торий — тугоплавкий металл. При температуре 1405 градусов уран уже плавится, а в кристаллической решётке тория только-только начинаются фазовые превращения, плавится же он лишь при 2028 градусах. То есть, ториевый реактор может работать при более высоких температурах.
Ториевый реактор более безопасен. Он не обладает запасом реактивности. В случае отказа систем управления урановый реактор превращается в атомную бомбу огромной мощности, а в ториевом реакторе просто прекратится реакция.
С точки зрения экономики ториевая энергетика превышает урановую энергетику не в проценты, а в разы. В ходе модернизации действующих атомных электростанций при переводе их на торий, в тех же габаритах, в корпусе ядерного реактора можно разместить ториевые тепловыделяющие элементы, которые с этого же объема активной зоны дают в 2–3 раза больше энергии. В ходе реконструкции не надо строить новую АЭС, а простой сменой топлива, пусть и с добавлением паровых турбин, теплообменников и электрических машин удваивается мощность старой. Важно так же, что ториевая энергетика позволяет обеспечить непрерывную работу реактора, теоретически — на 30–50 лет, реально мы рассчитываем достичь срока в 5-10 лет между перезагрузками. Сегодня атомная станция раз в год или в полтора года останавливается для перезагрузки.
(источник — И.Н.Бекман. Ядерная индустрия. Лекция 19. Топливные циклы)
— Это за счёт чего? — заинтересованно перебил Хрущёв.
— Торий в реакторе под действием нейтронного излучения от урана-235 превращается в уран-233, который, в свою очередь, тоже является ядерным топливом и участвует в выработке энергии, — пояснил Александров. — Можно часть получаемого в реакторе урана-233 отводить в виде сульфида протактиния-233, а часть оставлять, не вынимая, для продолжения реакции. Пусть превращается в уран-233 прямо в реакторе.
Соответственно, ядерных отходов и отработанного ядерного топлива получается в разы меньше, останавливать реактор для перегрузки придётся реже, КПД станции за счёт этого повышается.
— Гм… — Первый секретарь недоверчиво обвёл взглядом учёных. — И что, одни только плюсы, и никаких недостатков? Так не бывает.
— Недостатки есть, конечно, — согласился Александров. — Считается, что ториевый цикл в целом несколько дороже, чем урановый, но это — смотря как считать. Если брать совокупную стоимость с учётом хранения, переработки и захоронения ядерных отходов, то ториевый цикл выйдет много дешевле уранового. Просто за счёт меньшего количества отходов, которые, в случае с ураном приходится хранить и перерабатывать.
Вторая проблема — если торий превращается в уран-233 в реакторе и потом в нём же используется как ядерное топливо, то в нём образуется некоторый процент урана-232, который при своём распаде даёт очень нехороший изотоп таллий-208, порождающий высокоэнергетическое жёсткое гамма-излучение. То есть, нужна более серьёзная радиационная защита реактора и полная автоматизация всех работ на реакторе, прежде всего перегрузки топлива. Разумеется, она и так проводится дистанционно. Это тоже удорожание, хотя и не слишком большое, так как у нас уже в существующих проектах АЭС закладывается автоматизированная перегрузка топлива.
К счастью, этот изотоп короткоживущий, его период полураспада примерно 3 минуты. То есть, достаточно небольшой выдержки отработанного топлива после извлечения из реактора, чтобы его опасность по гамма-излучению снизилась до допустимых значений.
— Спасибо, товарищи, очень хорошо всё разъяснили. Вижу, работа у вас идёт, — одобрил Хрущёв. — А что по космическим реакторам? Виталий Михалыч? — он нашёл взглядом Иевлева.