Уважаемые господа!

Индуи ребята грамотные и цепкие, но по их статье про торий имеются вопросы.

Они пишут: "Сечение захвата для изотопа 233U для тепловых нейтронов намного меньше, чем для изотопов 235U и 239Pu - соответственно, 46, 101 и 271 барн. В то же время, тепловые сечения деления всех трёх изотопов находятся приблизительно в одном и том же диапазоне - 525, 577 и 742 барна, соответственно."

Все это здорово, но как насчет числа нейтронов в акте деления? У плутония оно должно быть большим.

Ну, это вопрос в пределах моей компетенции :-) и поэтому могу на него ответить.

Данные из оригинальной библиотеки для WIMS-D4, тепловые нейтроны:

233U: nu=2,494
235U: nu=2,43
239Pu: nu=2,89

У плутония nu совершенно естественно больше, чем у урана. Это закон природы

Ну, а я что говорил??? Вот видите, оно больше у плутония и непонятны рассуждения про выигрыш для урана-3.

Второй вопрос по этому пассажу: "У изотопа 233U величина η (число нейтронов на поглощённый нейтрон) превышает 2,0 и остаётся практически неизменной в тепловой и эпитепловой областях энергий - в противоположность 235U и 239Pu. Такая особенность делает ториевый ЯТЦ слабо чувствительным с точки зрения нейтроники к конкретным типам тепловых реакторов."

Что это такое? Что значит "чувствительность к конкретным типам тепловых реакторов"?

Пардон, вечер, работы осталось много и соображаю с трудом.

Где Вы видите противоречие? Само по себе nu мало кого волнует. Определяющим фактором является eta, то бишь комплекс nu*sf/sa. И его график для всех трёх изотопов индусы приводят. Разумеется, приводят как иллюстрацию, так как не они его (график) придумали, да и, строго говоря, он очень давно известен.


Вас не удивляет, например, что при загрузке в ВВЭР даже оружейного плутония есть риск повышения обогащения в свежей загрузке для сохранения той же критичности, что и для уранового топлива?



А Вы посмотрите на график в этом посте. Видите, какие сильные резонансы у 235U и 239Pu при 0,3 эВ? А это, на минуточку, основной ареал обитания нейтронов в тепловых реакторах! Представьте, как будут меняться нейтронные хар-ки тепловых реакторов при изменениях в конструктиве (например, от шага решётки)? Нет, конечно, какой-то фантастики при этом не будет, но важен сам факт - они (характеристики) будут меняться для 235U и 239Pu, а вот для 233U они будут оставаться примерно постоянными. На что и указывают индусы.

Нет, это вы меня меня простите! Сам затупился за выходные. Посыпаю голову пеплом и ухожу читать учебники. А можно еще на графики сечений посмотреть для полноты образования?

Теоретически я могу это сделать, но есть вероятность, что напортачу (вечер и всё такое)...

Впрочем, вот графики для сечений поглощения (abs) и рождения (nusf) для 233U, 235U и 239Pu. Источник - оригинальная библиотека WIMS-D4.



То же самое, но убрал плутоний.



То же самое, но убрал слева несколько точек для лучшей наглядности



Это сечения групповые и старые. На всякий случай, для сравнения, данные для сечения поглощения 233U из файлов посвежее (резонанс стоит в другом месте).



P.S. Если где-то промахнулся, пожалуйста, ко мне без претензий! В конце концов, я не скрываю, что давненько не брал в руки шашки.

Оч интересное видео на англ языке


http://www.youtube.com/watch?v=AHs2Ugxo7-8

очень интересное но не скачивается до конца
распечатка его есть где-нибудь?

Сама презентация здесь:

http://www.energyfromthorium.com/ppt/LFTRG...k_Bonometti.ppt

Нашла в поисковиках много инфы про Индию и США. Может ли торий быть интересным для России?

Лайза,

честно только признаёмся - курсовик пишем, или что?

По посту Помм открыта новая тема.
http://forum.atominfo.ru/index.php?showtopic=471

Спасибо за ответ) Просто увлекаюсь ядерной темой а на Атоминфо про оружие не пишут. Кстати, бридеры индийские ведь тоже под гарантии вроде идут. А как Вы считаете, действительно ли хотят США лишить Индию арсенала? И не попали индусы в ловушку со своей сделкой?

Есть вопрос насчет тория. Как известно, сам торий - не делящийся материал. Таким материалом является уран-233. И , если я правильно понимаю,чтобы ториевый реактор заработал, нужен плутониевый "запал", а в дальнейшем такой реактор уже будет работать на U-233. Но вроде бы наработка U-233 невелика, не помню где читал. Значит ли это, что торий имеет смысл использовать только в бридерах? Сколько примерно U-233 мог бы дать в год реактор типа нашего БН-600 и какое количество плутония пришлось бы истратить на "запал"?

Да, еще вопрос. Насколько вреден для энергетики образующийся при этом U-232? Можно ли качественно разделять U-232 и U-233?

Точнее говоря, пороговый материал. Выше по ветке есть картинка с сечениями, хорошо иллюстрирующая вопрос. Пороговый означает, что он делится только нейтронами с энергией выше определённого значения (порога). Для тория-232 порог равняется примерно 1 МэВ, то есть, можно считать, что в реакторе он почти не делится - средняя энергия нейтронов деления составляет 2 МэВ. А вот в каких-нибудь ускорителях, создающих нейтроны с энергиями десятки или сотни МэВ, всё может быть и по-другому.



Точнее говоря, ториевому реактору нужен запал из любого делящегося материала, не обязательно плутония. Но в конкретном случае Индии это будет плутоний по понятным причинам - делать "запальные" загрузки активной зоны из урана, причём с довольно высоким обогащением, при условии, что своего урана у них мало, выглядит как-то неразумно.



Если упрощённо, то образование U-233 из Th-232 будет определяться следующей системой дифференциальных уравнений:

dro(th232)/dt = -sigma(abs,th232)*Flux*ro(th232)
dro(u233)/dt = -sigma(abs,u233)*Flux*ro(u233) + sigma(cap,th232)*Flux*ro(th232)

Первое уравнение описывает убыль тория за счёт поглощения в нём нейтронов.
Второе уравнение описывает убыль урана-233 за счёт поглощения в нём нейтронов и прибыль урана-233 за счёт реакции захвата нейтрона в ядре тория-232.

Образование Pu-239 из U-238 будет описываться такой системой уравнений с точностью до замены индексов th232 => u238 и u233 => pu239.

Это очень упрощённая модель, не учитывающая массу тонкостей, но её достаточно, чтобы понять физику процесса.

Чтобы качественно сравнить накопление урана-233 из тория с процессом накопления плутония-239 из урана-238, достаточно сравнить коэффициенты sigma (сечения). Привожу те данные, что у меня есть в справочнике для нейтронов тепловых энергий:

sigma(abs,th232) = 7,4 барна.
sigma(cap,th232) = 7,4 барна.
sigma(abs,u233) = 575,3 барна.

sigma(abs,u238) = 2,7 барна.
sigma(cap,u238) = 2,7 барна.
sigma(abs,pu239) = 1011,2 барна.

Для справки: 1 барн = 10^-24 см^2.

Сравнивайте Я бы не сказал, что наработка урана-233 невелика. Наоборот, видно, что скорость его образования из тория примерно в 3 раза выше, чем скорость образования плутония-239 из урана-238, а скорость его уничтожения в реакторе в 2 раза ниже, чем скорость уничтожения плутония-239.

А вообще всё будет очень сильно зависеть от конкретных проектов реакторов.



Это слишком сильное утверждение. Я могу потратить полночи, вспоминая проекты, которые его опровергали бы. Но всех их объединяет одно - они слишком экзотичны, и практические работы по ним либо не велись вообще, либо были заброшены десятилетия назад.

Поэтому сформулируем так. На данном этапе развития технологий торий целесообразно использовать в замкнутом топливном цикле в реакторах, либо имеющих коэффициент воспроизводства (КВ) больший единицы (бридеры), либо близкий к нему.



Уфф! А вот уже вопрос на небольшой НИР силами отдела, а не силами редакционного коллектива. Я попробую на выходных прикинуть ответ на вторую половину вопроса, но насчёт первой не уверен, что смогу.

Вот смотрите. Я сейчас сделал очень грубые прикидочные расчёты для французского бридера EFR (он никогда не был построен, но у меня есть по нему кой-какие данные). Получилось, что если в нём заменить оружейный плутоний на уран-233, то обогащение можно будет снизить примерно на четверть, чтобы сохранить на том же уровне критичность реактора.

Теперь воспользуемся единственными, насколько я знаю, известными открытыми данными по загрузке плутония в российские БН:

То, что ссылка на сайт Беллоны, в данном случае не должно смущать - эти значения можно считать верными, я их встречал и в "неоткрытых" отчётах.

Теперь провернём тупую операцию - возьмём и уберём одну четверть из 2,3 тонн, считая, что по физике наши БН и французский EFR отличаются слабо (а это близкое к истине предположение). Получим, что для первой загрузки ("запальной зоны") нашему БН-800 потребуется примерно 1,7 тонны урана-233.

Но этот расчёт был в предположении, что в активной зоне лежит уран-238 как сырьевой изотоп. Если вместо урана-238 будет торий, то обогащение по урану-233 придётся немного увеличить.

Все эти расчёты, естественно, пальцевые и с большой погрешностью. К сожалению, не могу сказать ничего по поводу накопления урана-233 в БН, бо это требует слишком сложного расчёта. Единственное, чем могу помочь, наверное - на выходных мы поищем в открытых базах МАГАТЭ, есть ли у них какие-нибудь работы по использованию урана-233 в быстрых натриевых реакторах, и если найдём, то скинем сюда их резюме.

Уран-232 вреден следующим образом. Он очень активен, и придётся принимать дополнительные меры по защите персонала и населения, что очень неположительно скажется на стоимости энергоблока.

Разделять теоретически возможно, но на практике этого при нашей жизни делать не будут. Чтобы разделять изотопы, потребуются отдельные центрифужные заводы - отдельные, потому что там всё оборудование будет перепачкано ураном-232, и никаких других операций делать там больше нельзя.

Но самое противное, что концентрации урана-232 мизерные - он, как говорится, мал золотник, да вонюч активен, и для его отделения придётся пропускать исходный материал через слишком большое число центрифуг (читай - потратить слишком много энергии). Дополнительная проблема связана с тем, что делать с отделённым чистым ураном-232 - это очень опасный отход, и обращение с ним будет слишком затруднено и дорого.

Спасибо за ответ! Насколько я понял, ториевый цикл не имеет преимуществ перед уран-плутониевым. И даже хуже, если учесть проблемы с экологией ( имею в виду U-232). Так что, видимо, ожидать массового строительства ториевых реакторов не приходится, пока есть уран. Хотя и могут быть установки для получения U-232 для экспериментов

Сорри, опечатался - U-233 для экспериментов)

Чтобы не быть голословным, сошлюсь на одно из наших первых интервью. Его герой, Юрий Казанский, долгие годы работал в ФЭИ по быстрой программе.

=========================================

http://atominfo.ru/news/air288.htm

А вот такой вопрос сейчас начинает обсуждаться, в Европе, в Норвегии - ториевые реакторы. Не уран-плутониевые, а ториевые. Скажите, в Советском Союзе рассматривался ториевый цикл?

Я думаю, что делалось очень много расчётов ториевых реакторов, но я не думаю, что такие установки разрабатывались столь же глубоко и серьёзно, как реакторы ВВЭР или БН. Я не думаю, что знаменитый ВНИИНМ имени А.А.Бочвара столько внимания уделял торию, сколько было уделено урану и плутонию.

А почему?

А я сейчас скажу, почему. Давайте так - вся наша энергетика родилась на военном комплексе. На чём военный комплекс был основан? Обогащение и реакторы-накопители. Там тория не было. Все технологии были построены вокруг урана и плутония. Для них всё было готово, вот мы их и реализуем.

Если бы торий имел колоссальные преимущества в энергетике по сравнению с ураном или плутонием, то тогда, конечно бы, за него взялись. А так - не "приспичило", уран есть, поэтому торий не очень интересен.

Недавно у нас выступал представитель ИАЭ имени И.В.Курчатова, который рассматривал радиотоксичность масштабной атомной энергетики для трёхзвенной системы - реакторы тепловые, быстрые и выжигатели с жидким топливом. Он рассмотрел для неё урановый, уран-плутониевый и ториевый циклы. Он пришёл к выводу, что с точки зрения радиотоксичности все циклы примерно одинаковы.

Честно говоря, меня этот вывод удивил. В своё время, основной лозунг сторонников тория был таков - у тория нет плутония, нет нептуния и америция, то есть, нет этой ужасной цепочки распадов. Но зато у него есть уран-232, который имеет очень неприятный период полураспада, поэтому он очень активный, и так далее.

В своё время, 20 или даже 30 лет назад, говорили так - когда экономика позволит, надо обязательно переходить на торий. Но вот такая работа, о которой я только что упомянул, это далеко не первое исследование, показывающее, что громадного преимущества у тория нет.

На всякий случай.

Радиотоксичность, о которой говорится в процитированном отрывке, это мера радиоактивной опасности изотопа. Если упрощённо, то это активность, умноженная на некий коэффициент, который для каждого изотопа свой.

Интересно, а кто еще в сороковых годах установил, что торий ( точнее U 233) не подходит для военного дела? Ведь вроде изначально в СССР рассчитывали на "ториевую" бомбу.

Я имею в виду, были ли сделаны какие то шаги (закончившиеся провалом) или просто наши атомщики подумали и решили пойти по урановому пути?

Фукс.

Шагов, на самом деле, было много, и не всегда в одном направлении.

Например, реактор "котёл селеновый" КС-150, где "селен" значило "торий" из соображений секретности. Это мирный реактор, он был построен в ЧССР в начале 70-ых - правда, без тория - и его эксплуатация завершилась аварией. Так что работы были, и монацит добывали, и Берия соответствующие документы подписывал...

Есть определённые моменты, которые, как мне кажется, привели к исключению тория из списка.

1) В ветке уже напомнили о Фуксе Споры о том, какую роль сыграла разведка в создании советской атомной бомбы идут очень жаркие, но большинство сходится на том, что основные идеи американцев наши знали. А у американцев были бомбы на уране-235 и плутонии, а не на уране-233. Если теорема существования доказана для двух изотопов, то зачем же тратить лишние силы, разрабатывая самостоятельно третье направление?

2) Ни урана, ни тория у СССР в конце войны не было. Малоизвестный - хотя и не скрываемый - факт из нашей истории заключается в том, что в 1945 году люди Завенягина шли за наступающими войсками и собирали для отправки в Союз всё, что имело хоть какое-то отношение к атомной программе Гитлера - книги, материалы, людей. А у Гитлера опять же был уран, и трофейный уран сразу же брался нашими в работу.

2a) Уран у Гитлера тоже был не просто так - в Германии и странах Восточной Европы были известные месторождения и даже рудники. Их практически немедленно смогли пустить в дело на нужды советского атомного проекта - посмотрите, например, сайт про Висмут в ГДР. Ториевого сектора у немцев не было, и воспользоваться готовой инфраструктурой не получилось бы.

Вот эти и другие причины, как мне кажется, предопределили начальный выбор военных в пользу урана-235 и плутония. А потом, в 50-ых, в СССР были получены просто прорывные результаты по центрифужным технологиям и был налажен поток урана из стран Восточной Европы, и искать добра от добра стало бессмысленным.

Наши центрифуги, кстати, изначально создавали немцы. Хорошая ссылка http://www.izvestia.ru/science/article3111306/, или погуглить на "Gernot Zippe".

Кстати, про "Висмут". Там на сайте замечательное интервью http://www.wismut.su/VOSPOMINANIE/KEDROVSKIY/Kedrovski.htm инженера, прибывшего туда в 1947 году.

Многое сразу же прояснится - уран-добывающая промышленность в Германии уже существовала, и мы смогли часть её захватить и использовать под свои нужды. А торий сначала надо было ещё найти

Интересно! Не знал, что из Германии мы получили уран, всегда думал что в Средней Азии))
А где можно прочесть насчет экспериментов Фукса с U-233?

Из Средней Азии, да - но несколько позже И вполне могло бы так случиться, что без урана из Восточной Европы наш собственный уран нам был бы уже не нужен

Есть довольно неплохой "Краткий очерк об истории геологоразведочных работ на уран на территории СССР и России". Его почему-то отовсюду постирали, но по одной ссылке он в каком-то варианте остался.

Что мы можем оттуда увидеть? Постановление ГКО о начале поисков урана было подписано в апреле 1944 года. В следующем году были начаты масштабные работы, продолжавшиеся все 50-ые годы, но, тем не менее,


Таким образом, серьёзный прорыв в сторону самообеспеченности СССР по урану произошёл только в 60-70-ых годах. Да, за счёт Казахстана. А после распада СССР нам придётся делать "дубль 2" - наши российские месторождения в советские времена осваивались мало, и уровень добычи урана в России меньше наших потребностей.

Но это уже лирика. А факты таковы - без урана из стран Восточной Европы развитие нашего атомного проекта было бы сильно заторможено, и не исключено, что мы могли бы не успеть создать паритет с США.

Да, и по странам.

ГДР. О "Висмуте" я уже сказал. Работы там начались, как видите, сразу после войны. В 1946 году шахты давали продукцию.

Болгария. До войны здесь немцы пытались наладить добычу урана и даже получили первую продукцию. После войны эта инфраструктура переключилась на нас.



Чехословакия. Тут вообще особая песня. Встречается даже такое мнение, что собственно границы этого государства были определены под нажимом Сталина таким образом, чтобы в них вошли богатые ураном горные районы. В Чехии уран добывают и до сих пор - шахта "Рожна".

Венгрия. Про Венгрию я знаю мало. Но на VIF2NE пару лет назад раскопали весьма характерный факт. Оказывается, в 1956 году одним из лозунгов мятежников - причём едва ли не основным - было требование прекратить отгрузку венгерского урана в СССР. Это к вопросу о том, насколько важное значение придавалось в те времена восточноевропейским урановым поставкам.

Про двести тридцать третий уран можно прочитать на сайте http://www.nweapon.ru/theory/uranium.htm Его чистят для оружия и это дорого и неприятно.

Спасибо за ссылку. Статья интересная. Получается, что взрывы проводили только США. Наша страна видимо этим не интересовалась. Ну и индусы слегка лукавят, когда говорят о мирном тории)) Правда в статье не говорится, что же конкретно они делали. Видимо чисто теоретически.
И вот еще нашел статью
http://www.atominfo.ru/news/air2547.htm
Тут уран 233 в первой категории опасности, по их классификации. Но вероятно имеется в виду грязная бомба из него

В классификации МАГАТЭ по физ защите (Infcirc 225 Rev.4). уран 233 считается именно как плутониум. если больше двух Кг, тогда входит в первую категорию.

МАГАТЭ перестраховывается наверное. Вроде для урана 233 критмасса 16 кг. Или может они имеют в виду "грязную"

Несовсем так.
У БН средняя загрузка плутона 3,44 тн/ГВт.
Загрузка ураном 235 и 233 будет выше даже в силу почти на треть меньшего нейтронного выхода.

Спасибо за уточнение!

Я ж честно признаюсь, что, увы, давно уже не практикующий расчётчик Буду рад любым комментариям и дополнениям - хотя бы для того, что убедиться, что всё забыл/не забыл.

Вот кстати, о физических свойствах U-233. В одной статье ( никак не найду) иностранный эксперт писал про термоядерное оружие. Суть была такова, что для него необходим не только плутоний но и уран. Вскольз он упомянул, что требуется или ВОУ U-235 или U-233. Разве эти вещества схожи? Ведь по сути у них почти общее только название.

Скорее не уран с плутоном, а одно из них.
Там неободимы температура, давление и нейтронный поток для получения трития из лития (там дейтрит лития).

Он писал, что для термояда мало получить плутоний а нужно иметь обогащенный уран ( или U-233). Может и неточность перевода

Сокорее ошибочный перевод.

Понятно. Вот еще интересно, почему в проектах взрывной энергетики предлагают использовать уран 233 а не плутоний?

На сколько помню, то первые предложения были как раз на Pu239 - у него критическая масса в разы ниже.

А почему перешли на U-233? Вроде там заряд из урана 233 обкладывается металлическим торием

На U-233 могут перейти только из-за договорных ограничений по запасам оружейных матриалов - там прописаны U-235 и Pu=239.
Но эффективность ниже плутона.
Есть вариант так-же большей изотопной чистоты, в сравнении с U-235 - но тот-же пурекс-процесс, для его выделения, дает много радиоактивных отходов - на почти на 3 порядка больше, получаемых объемов U-233 оружейного качества, и с учетом критической массы, даже дороже плутона в разы.

Так вроде уран 233 тоже контролируется МАГАТЭ. И кстати, как они планируют очистить его от U-232,?

Его неощищают от U-232, а по аналогии с получением оружейного качества Pu-239 - низкое выгорание.
Поэтому и низка его концентрация и огромное количество отходов.

А зачем обкладывают заряд металлическим торием?

В основном для защиты от излучений как самого "ядра", так и ядра от запала.

Насколько я понял, в целом уран 233 ближе по свойствам к урану 235 чем к плутонию?

Он заметно отличен от обоих.
Там с ростом энергий нейтронов параметры деления мало меняются, чего не скажешь об U-235, и тем более Pu-239.
Поэтому лишь на нем возможно расширенное воспроизводство в тепловых реакторах.

Интересно! То есть получается, можно не строить бридеры. Да и нераспространенческих проблем с ним меньше