Торий имеет большой потенциал в качестве источника энергии будущего. Его запасы на планете превышают известные нам запасы урана, а, значит, он способен в течение последующих тысячелетий стабильно обеспечивать энергией растущее население планеты.
Но прежде чем будут созданы и запущены в широкое производство ядерные реакторы на основе тория, необходимо провести более детальный анализ физических свойств этого элемента, а также экономического потенциала его использования. В настоящий момент лидерами в области исследований тория являются Индия, Китай и Япония, хотя США, Канада, Великобритания, и Германия в своё время тоже проводили исследования в этой области.
Торий – это слаборадиоактивный металл. Он был открыт в 1828 году шведским химиком Йёнсом Берцелиусом, который и дал ему имя «торий» в честь бога грома Тора. В природе торий существует в виде единственного изотопа торий-232, который распадается очень медленно (период полураспада в три раза превышает возраст Земли). В чистом виде торий представляет собой металл серебристого цвета, который способен сохранять свой блеск в течение нескольких месяцев. Со временем под воздействием воздуха торий тускнеет и, в конце концов, приобретает чёрный цвет. Оксид тория имеет одну из самых высоких температур плавления – 3300 градусов по Цельсию. Благодаря этому свойству торий активно используют при изготовлении электродов и теплоустойчивых керамических элементов для дуговых ламп и калильных сеток. Стекло, содержащее торий, имеет высокий показатель преломления и дисперсии, а потому используется при изготовлении высококачественных линз для фотоаппаратов и научных приборов.
По своим свойствам он относится к воспроизводящим – не делящимся (не расщепляемым) – ядерным материалам и может быть использован в качестве ядерного топлива только в соединении с делящимися материалами.
Торий-232, как и уран-238 невозможно использовать в ядерных реакциях в качестве самостоятельного ядерного топлива. Однако торий способен поглощать нейтроны и превращаться в уран-233, который является превосходным делящимся топливным материалом. Учитывая эти свойства, для создания топлива на основе тория необходимо сначала подвергнуть торий облучению для получения нужного количества нейтронов. Полученный таким образом уран-233 можно отделить от исходного ториевого топлива и переработать в новое топливо, либо сразу же использовать его в качестве топлива в той же форме.
Чаще всего торий содержится в фосфатах редкоземельных элементов, таких как монацит, содержания тория в котором составляет в среднем 6-7 процентов. Запасы монацита на Земле составляют порядка 12 миллионов тонн, две трети из которых представляют собой залежи песков тяжёлых минералов на южном и восточном побережьях Индии. Обычно извлечение тория осуществляется методом выщелачивания с применением раствора гидроксида натрия при температуре 140 градусов по Цельсию, после чего следует сложный процесс по получению твёрдого осадка тория ThO2 (т.н.преципитация).
Ещё один минерал, содержащий торий – это тори (ThSiO4). Большие залежи тори (в виде жил) и редкоземельных металлов обнаружены в штате Айдахо.
В настоящий момент в разработке находятся, по меньшей мере, семь типов реакторов на базе тория. Два из них – тяжеловодный ядерный реактор (англ.PHWR) и высокотемпературный реактор с газовым охлаждением (англ.HTGCR) – считаются наиболее перспективными.
Реакторы типа PHWR прекрасно подходят для работы с ториевым топливом. Из-за того, что скорость выделения энергии нейтронов в таком реакторе несколько выше, он лучше работает с топливом на основе урана-233. Реакторы этого типа (особенно канадский CANDU) имеют хорошую репутацию и качественную технологию установки и обслуживания.
Реакторы типа HTGCR больше предназначены для работы с ториевом топливом в виде особых частиц с примесью плутония или обогащённого урана, покрытых слоем пирографита или карбида кремния, которые помогают удерживать газообразные продукты деления. Эти частицы помещаются в графитовую матрицу, которая сохраняет стабильность даже при высоких температурах.
Пять остальных типов реакторов пока что не получили распространения ввиду экономической нецелесообразности.
В заключение интересно сравнить, как различные страны реагируют на энергетический потенциал тория. Например, в Индии, на территории которой расположены крупные залежи тория, использование этого материала для масштабного производства энергии является одной из важнейших задач ядерной программы. В конце концов, 75 процентов все энергии Индия планирует производить с использованием ториевого топливного цикла.
В настоящий момент в Индии в городе Калпаккам идёт строительство прототипа реактора-размножителя на быстрых нейтронах (реактор типа FBR) мощностью 500 МВт, задача которого вырабатывать плутоний, который затем будет использован для получения урана-233 с помощью тория, как было описано выше.
Совсем иное отношению к торию и его возможностям демонстрируют страны, имеющие продуманную ядерную программу. Общество в таких странах хорошо осведомлено о преимуществах атомной энергетики, таких как безопасность, стабильность при производстве энергии и отсутствие выбросов парниковых газов. Эти страны, к которым относится и Великобритания, весьма осторожно относятся к разработке ядерных технологий на основе тория.
В исследовании британской Национальной ядерной лаборатории (NLL) от 2010 года говорится, в частности, что «технология [ториевого топливного цикла] достаточно прогрессивна, хотя и недостаточно проработана, и в настоящий момент не представляет интереса для ядерной энергетики. Она требует крупных инвестиций и сопряжена с риском, но при этом не имеет заметных преимуществ. Очень часто преимущества ториевого топливного цикла сильно преувеличены».
