Dieta atominiam drambliui arba kelias link pigaus ir saugaus atomo

Jus dairotės parduotuvėje bio, eko markių ir produktų? Jums skauda širdį dėl kertamų Amazonės miškų? Sunku be širdgėlos žiūrėti reportažus apie ekologinę katastrofą Meksikos įlankoje? Kraupu beskaitant reportažus iš Fukušimos tragedijos vietos? Esate įsitikinę, kad atominės jėgaines vieta istorijos savartyne kartu su anglies, dujų ir kitomis atgyvenusiomis technologijomis?

Turiu jus nustebinti: branduolinės energetikos vieta yra šalia Saulės, vėjo ir kitų atsinaujinančių šaltinių. Mes aklai ir be pagrindo verčiame kaltę kažkam abstrakčiam – technologijai. Technologija nėra kalta nei dėl Fukušimos, nei dėl Černobylio, nei dėl Hirosimos. Kalti esame mes – žmonės, mums nerūpėjo saugumas, o rūpėjo atominės bombos. Ar mes viską teisingai padarėme? Ar eina šią technologiją pataisyti? Ar nebūtų protinga gelbėt planetą nuo globalinio atšilimo diegiant saugias ir žalias atomines jėgaines? Saulės, vėjo, vandens jėgainės vargu ar galės patenkint artimiausiu metu augančius planetos energijos poreikius. Bent jau kol nesimato jokių technologinių revoliucijų.

Praeito straipsnio pasvarstymai apie branduolinę energetiką kaip žalią alternatyvą anglimi, dujomis ir naftos produktais kūrenamoms jėgainėms susilaukė kritikos. Negaliu sakyti, kad kritika nėra pagrįsta. Iš tiesų, urano reaktoriai iš kartos į kartą brangsta ir brangsta dėl griežtesnių saugumo reikalavimų, o elektrinės statybos kaštai sudaro gerą gabalą būtinų investicijų. Tiesa, kad kiekviena atominė jėgainė yra tuo pačiu ir bomba, kurią gali susprogdint bet koks teroristas.  Nekalbu apie nocebo efektą susijusi su viskuo, kas savyje turi asociaciją su atominėms bombomis. Tačiau aš norėčiau atsakyti į išsakytą kritiką, kadangi rašydamas pirmą straipsnį iš ciklo surinkau daug medžiagos ir buvau priverstas ją išskaidyti į keletą nepriklausomų įrašų (niekas nemėgsta grafomanijos, net aš).

Toras - elemento toriumo vardo šaltinis
Toras – elemento toriumo vardo šaltinis

Visų pirma profesorius Elvinas Veinbergas (Alvin Weinberg), mokslininkas, sukūręs pasaulyje paplitusius lengvo vandens urano reaktorius, savo darbuose kalbėjo ir apie kitokio tipo reaktorius skysto torio fluorido reaktorius. Mokslininkas manė, kad būtent šis tipas yra labiau tinkamas civilinėms reikmėms.

Torio reakcijos ciklas.
Torio reakcijos ciklas.

Kodėl jis taip galvojo? Matote, šie reaktoriai atsparesni katastrofoms, kurios įvyko Černobylyje ir Fukušimoje. Jiems nėra būtinas aukštas slėgis, o kuras yra skystame pavidale. O kas svarbiausia, reakcijos greitis sumažėja, kai kuras perkaista. Taip atsitinka dėl keleto dalykų:

  1. dėl Doplerio efekto perkaitęs toris geriau sugeria neutronus, taip palikdamas mažiau laisvų neutronų tolimesnei reakcijai,
  2. būdamas skystas, kuras stipriai plečiasi, kai kaista, ir sparčiai išteka arba išgaruoja iš reakcijos centro,
  3. reaktoriuje naudojamos druskos nesprogsta, nedega, nedalyvauja reakcijose net esant aukštoms temperatūroms,
  4. žemų slėgių branduolinė reakcija, įvykus avarijai, nei reaktorius, nei pastatas negali sprogti,
  5. reakcijos produktai taip pat lieka mažuose slėgiuose, todėl aplinkos tarša neįmanoma,
  6. lengva reakcijos kontrolė – neutronus sugeriančią medžiagą lengva injekuoti ir lengva pašalinti.
  7. reakcijos produktai, nors ir yra radioaktyvūs, suyra greičiau, plius torio reaktoriai gali perdirbt urano reaktoriaus atliekas.
Einšteino laiškas, kuriame Ruzveltas prašomas imtis atominių ginklų gamybos.
Einšteino laiškas, kuriame Ruzveltas prašomas imtis atominių ginklų gamybos.

Tą sąrašą galime vardinti ir vardinti… Ir čia kyla klausimas: kodėl gi mes jų nenaudojame? Atsakymas elementarus: šaltas karas ir ginklai. Viskas prasidėjo 1939 metais, kuomet Einšteinas savo laiške JAV prezidentui  Ruzveltui parašė apie galimybę pagaminti „naujo tipo neįtikėtinai galingus ginklus“. Ruzveltas sureagavo ir taip JAV atsirado specialus urano reikalų komitetas.

Pirmasis atominis reaktorius.
Pirmasis atominis reaktorius.

Žinomų mokslininkų dėka jau 1942 metais veikė pirmas atominis reaktorius, o jau 1943 metais JAV kariškiai dirbo ties Manhattano projektu, kurio tikslas buvo atominės bombos sukūrimas, o 1945 metais įvyko Hirošimos ir Nagasakio bombardavimas.

Pirmos atominės bombos "Trinity" testas
Pirmos atominės bombos „Trinity“ testas

Tiek JAV, tiek Sovietų Sąjunga norėjo turėti branduolinius ginklus. Branduoliniams ginklams būtinas sodrintas uranas ir plutonis, todėl būtent urano reaktoriai natūraliai įsipaišė į karinių programų kontekstą, kadangi jie gamino plutonį. Taip, taip, pirmieji atominiai reaktoriai buvo statomi visų pirma ne dėl elektros energijos gavybos, o dėl karinių tikslų. O kaip toris? Torio reaktorių programa buvo irgi sėkminga, mokslininkams pavyko pagaminti pirmus veikiančius reaktorius.  Tačiau 1973 metais JAV vyriausybė po beveik 20 metų sėkmingo darbo uždarė torio reaktorių programą. Arba kaip taikliai pasakė Ričardas Martinas savo knygoje (R. Martin „SuperFuel: Thorium, the Green Energy Source for the Future“): Torio reaktorių buvo atsisakyta, kadangi jie negamina plutonio bombų.

Urano reaktorių darbo ciklas
Urano reaktorių darbo ciklas

Urano reaktoriui būtina iškąst 250 tonų gamtinio urano, kuriame yra apytiksliai 1,75 tonos 235-to urano izotopo. Gamtinis uranas yra sotinamas, taip yra gaunamos 35 tonos prisotinto urano, kuriame urano koncentracija yra jau didesnė ir 215 tonų nuskurdinto urano, kuriame dėl technologijos netobulumo lieka kažkiek reikalingo kuro. Prisotintas uranas keliauja į atominę elektrinę, kur reakcijos metu gaunamas plutonio 239 izotopas. Taip jėgainėje gaunamos 33,4 tonos urano 238, lieka nepanaudotos 0,3 tonos urano 235, ir kas karinei pramonei svarbiausia – atsiranda 0,3 tonos plutonio. Kaip pavadint tokį procesą? Tikras dramblys!

Torio reaktorių ciklas
Torio reaktorių ciklas

Jei mes palyginsime urano branduolinį ciklą su branduoliniu torio ciklu, nustebsime, kiek mažai tereikia kuro. Šiame cikle jėgainei tereikia 1 tonos torio, o proceso išeigoje gaunama 1 toną atliekų. 83 procentai tų atliekų apie dešimt-dvidešimt metų lieka stabilios ir tik 17 procentų yra radioaktyvios apie 300 metų. Toris turi ir kitą esminį privalumą prieš uraną: mūsų planetoje jo yra nuo keturių iki penkių kartų daugiau nei urano.

Tas mano palyginimas urano reaktorių su mamutu nėra be pagrindo. Dėl savo karinio potencialo urano reaktoriai nuo pat pradžių buvo projektuojami ne kaip efektyvūs, pigūs ir ekonomiški reaktoriai, o kaip karinės pramonės objektas. Būtent todėl iki 1980-1990 metų urano reaktoriai evoliucionavo ne link pigios elektros, o link gremėzdiškos infrastruktūros. Nepamirškit, kad kariškiai norėjo turėt reaktorius povandeniniuose laivuose, o pirmieji urano reaktoriai naudojo ne vandenį, o druskas, kurios nelabai su tuo vandeniu draugauja. Truputis vandens ir povandeniniam JAV laivui jau niekas nebepadėtų…

Jei gi mes norėtume dabartinėmis sąlygomis pigios branduolinės jėgainės, mums tektų pritaikyti tam atominiam drambliui gerą dietą ir sumažinti jo „svorį“. Anot IEEE Spectrum urano reaktorių kainos sumažinimui galėtų pagelbėti keletas dalykų:
a) reaktorių dizainas turi būti pasyviai saugus, taip būtų sutaupyta ties brangiomis aktyvios saugos sistemomis,
b) reaktorių dizainas turi būti modulinis, taip veiktų mąsto ekonomiką, o dalys būtų pigios,
c) reaktoriai turi būti termiškai efektyvūs, mažesnis tūris turi generuot daugiau elektros negu dabar,
d) reaktorių dizainai turi būti suderinami su egzistuojančiomis technologijomis, taip būtų sutaupyta ties infrastruktūra.

Būtent tokie žingsniai padėtų padaryti branduolinius reaktorius pigesnius nei iškasenų kurą. Ir tokie bandymai „pataisyt“ urano reaktorius iš tikro vyksta. Bet ar jie padarys „dramblį“ saugesniu? Ar žmogiškasis faktorius nesujauks visų saugumo priemonių ir nepadarys beprasmiais visus inžinerinius sprendimus? Greičiausiai, kad ne. Matote, teroristų grėsmes niekas pašalinti negali. Nebent toris!

Branduolinė medicina.
Branduolinė medicina.

Čia skaitytojui gali kilti kitas svarbus klausimas: „Kodėl mes dabar vis dar nematome torio reaktorių?“ Torio reaktoriai galėtų būt medicininio molibdeno 99 tiekėjais, kuris naudojamas rentgeno nuotraukoms daryti. Tai būtų būdas atpigint bendrą torio jėgaines dizainą. Geriau pasižvalgius po internetą galima surast aibę firmų, kurios dirbtų su torio reaktorių dizainais. Bilo Geitso ir Microsoft korporacijos investicijos į torio jėgaines vadinasi Terrapower.

Bilas Gates žino kur guli pinigai ir investuoja į torį
Bilas Gates žino kur guli pinigai ir investuoja į torį

Be Bilo Geitso firmos JAV yra ir daugiau kompanijų, kurios dirba su torio reaktoriais: Flibe Energy, Thorium Power ir Lightbridge. Bet JAV firmoms koją kyša torio statusas: toris JAV biurokratams yra teršalas, todėl jo gavyba draudžiama ir ribojama. Dėl šios priežasties JAV firmos bando dirbt su rusais Kurčatovo institute, bet patys suprantate, kas yra Rusija. Nesenai iš Kurčatovo instituto gastarbaiteriai pavogė 5 tonas vario, kurį nupjovė nuo eksperimentinio termobranduolinio reaktoriaus „Tokamak“. Apsauga pastebėjo tik po savaitės, kuomet buvo vagiami likučiai.

Norvegų ThorPower torio reaktorius.
Norvegų ThorPower torio reaktorius.

Kinija nesenai suvokė torio perspektyvas ir buvo pradėjusi riboti eksportą. Indija nuo seno gana sparčiai vysto torio branduolinių jėgainių programą. Norvegai irgi domisi torio reaktoriais ir prieš porą metų Thor Energy pademonstravo savo veikaintį reaktorių.

Negaliu pasakyti, jog reikalai stovi vietoje. Bet ir nėra vietos pernelyg dideliam optimizmui vien dėl stagnacijos reaktorių rinkoje. Torio reaktoriai yra gerokai „liesesni“, saugesni ir ekonomiškesni negu urano reaktoriai. Tai yra jų palaima ir jų prakeiksmas. Jiems būtinos investicijos, ši technologija nebuvo vystoma virš 50 metų ir jai nėra pritaikytų įstatymų bei infrastruktūros. Tačiau ši branduolinė technologija neturi neigiamos praeities, tai yra taikus (tikrąją to žodžio prasme) atomas, tai yra tikrai saugus ir žalias elektros energijos šaltinis. Ir jis gali mums padėti perdirbt urano jėgainių atliekas, kadangi plutonis gali būti panaudotas torio reaktoriuose kaip katalizatorius.  Lieka tik vienas klausimas, ar žmonės pritaikys šią dietą storam atominiam drambliui.

Tai yra antras ciklo straipsnis. Pirmas randamas čia.

3 komentarai

  1. Turbūt požiūriui į dabartinių branduolinių technologijų perspektyvą labiausiai kliudo ankstesniųjų netobulumai bei klaidos: http://arxiv.org/abs/1504.02380
    Prisiminkim propagandinį žviegimą, kad „japonai nori iškišti mums Fukushimą“.
    O perspektyvias technologijas (tiek branduolines, tiek keičiančias naftos energiją transporte ir ūkyje) stabdo įsivyravusi infrastruktūra, kai platesnės apimties keitimui reiktų didelių įdėjimų, kurių niekam nesinori imtis, kai esama sistema ir be to sėkmingai „važiuoja“.
    Beje, įdomu, kodėl nutilo kalbos apie prieš dešimtmetį propaguotus kuro elementus (fuel cells)?

    (Pastabėlė: „dizainas“ lietuvių kalboje labiau siejamas su meniniu projektavimo aspektu. Techninį apibrėžia „konstrukcija“).

    1. Man atrodo nenutilo. Kai kurie gamintojai (Toyota, Honda) pardavinėja vandenilio kuro celėmis varomus elektromobilius, nes vandenilio įsipilti galima greičiau nei pilnai įkraut akumuliatorių. Tik vandenilio degalinių tinklas dar silpnai išplėtotas. Be to kai kas abejoja, ar vandenilio gamyboje nėra išskiriama daugiau šiltnamio dujų, nei mašinoj deginant benziną.

Palikti atsakymą: zomby-bot Atšaukti atsakymą