Ториевый двигатель принцип работы

Автомобиль с ядерным двигателем: 8 грамм тория на миллионы километров

Американская компания собирается выпустить первый в мире автомобиль на ядерной энергии в ближайшие два года.

По словам директора Laser Power Systems, Чарльза Стевенса (Charles Stevens), всего одного грамма тория достаточно, чтобы заменить более 28 000 литров нефтепродукта.

Чтобы автомобиль проработал без дозаправки всю жизнь, ему понадобится лишь 8 грамм тория, считает Стивенс.

Торий

На данный момент фирма Laser Power Systems, с главным офисом в Коннектикуте, работает над новым двигателем, который будет использовать торий — тяжёлый слаборадиоактивный металл — чтобы создавать электричество для мотора.

Этот металл используется в области атомной энергии, а также применяется в металлургии. Он способен производить огромное количество тепла, будучи плотным материалом, схожим с ураном.

Ядерное топливо

В одном из интервью он объяснил принцип работы: небольшие частицы тория использовались для выработки тепла — был создан ториевый лазер и несколько подобных лазеров нагревали воду для получения пара, чтобы привести в действие серию мини-турбин.

Стивенс говорил, что двигатель с весом примерно 227 кг будет достаточно легок и компактен, чтобы уместится под капотом обычного автомобиля.

Все же, если бы все было так просто, то нефтепродукты уже бы канули в лету. По словам Стивенса, разработка работающих компактных турбин и генераторов намного сложнее, чем создание ториевого лазера.

На данном этапе команда из 40 рабочих во главе со Стивенсом пытается ответить на вопрос, как эффективнее совместить лазеры, турбины и генераторы. Если задумка удастся, то, по их мнению, автомобили с ториевым двигателем смогут покрывать расстояния в миллионы километров.

«Машина состарится раньше, чем мотор. Не будет ни нефтепродуктов, ни выхлопных газов — ничего» — говорит Стивенс.

Если торий станет главным источником энергии, то Австралия станет глобальным энергетическим гигантом. По данным Геологической службы США (US Geological Survey), в Австралии второе по объему месторождение тория на Земле — около 333 690 тонн (примерно 1/4 всех запасов тория на планете). Кроме Австралии, большое количество тория находится в США и Индии.

Автомобили и атомная энергия

В 1950-е Форд разработал концепт-кар под названием Ford Nucleon. Этот автомобиль на атомной энергии был разработан, по словам Форда, на основе предположения, что в будущем атомные реакторы станут компактнее, безопаснее и легче.

В основе дизайна была энергетическая капсула, которая находилась в задней части автомобиля. Форд предполагал, что зарядные станции заменят бензоколонки, а проехать без подзарядки можно будет более 8 000 км.

Сегодня можно задуматься, почему же до сих пор на дорогах не разъезжают автомобили на атомной энергии, ведь в мире уже существуют атомные электростанции, подлодки и авианосцы. Во время холодной войны СССР и США использовали небольшие реакторы для снабжения энергией спутников.

Ученые могли бы создать миниатюрную атомную станцию и вставить ее в автомобиль. Но не так все просто.

Использование автомобиля на атомной энергии

Возможно главная причина, по которой у нас улицы не забиты автомобилями с атомным двигателем это радиоактивность. Такие машины нуждались бы в соответствующей защите, иначе не только водитель, но и окружающие люди могли бы пострадать.

Если использовать всю необходимую защиту, то автомобиль был бы невероятно тяжелым, возможно даже настолько, что он не смог бы сдвинутся с места.

Также подобные автомобили могут быть использованы во вред людям, например, как опасное радиоактивное оружие.

В конце концов, энергетическим компаниям, автомобильным концернам и правительствам придется тесно сотрудничать, чтобы создать нужную инфраструктуру.

Им также придется установить стандартизированный процесс избавления от использованного энергопродукта, у которого еще сотни лет будет высокий уровень радиации.

Американские учёные работают над созданием ториевого атомного двигателя

Проблему переизбытка выбросов вредных веществ в результате сгорания бензина или дизельного топлива способны решить не только автомобили с электрическим мотором, но и самый настоящий атомный двигатель, работающий на радиоактивном изотопе тория-232. Именно этот природный нуклид обладает не только самым большим периодом полураспада среди остальных известных изотопов тория, но и вдобавок является самым распространённым среди них. Учёные из американской компании Laser Power Systems (LPS) заявили, что двигатель, использующий торий в качестве базового топлива, является вполне реализуемой конструкцией и на сегодняшний день специалисты организации активно сосредоточены над возможностью его разработки.

Сам химический элемент, используемый в качестве базового топлива, имеет очень большой потенциал и выделяет просто фантастическое количество энергии, что в цифровом эквиваленте может означать: для полноценной работы двигателя в течение 100 лет понадобится всего 8 граммов тория-232. По словам генерального директора LPS Чарльза Стивенса (Charles Stevens), один грамм тория способен произвести суммарно большее количество энергии, чем сгоревшие 28 000 л бензина.

На данном этапе сотрудники Laser Power Systems экспериментируют с небольшим количеством вещества, а их ближайшей целью является создание необходимого для технологического процесса лазера. Сам же принцип технологии будет в общих чертах схож с работой классической электростанции: лазер должен нагревать ёмкость с водой, а жидкость под воздействием температуры будет превращаться в пар, который необходим для вращения минитурбины. Необходимо также отметить, что природные запасы тория превышают запасы урана почти в 3–4 раза, а специалисты уже успели назвать перспективный химический элемент не иначе как «ядерное топливо будущего».

Идею использовать атомный ториевый двигатель в автомобиле с трудом можно назвать новой и сверхоригинальной. Ещё в 2009 году Лорен Кулесус (Loren Kulesus) продемонстрировал абсолютно футуристический концепт-кар Cadillac World Thorium Fuel Concept Car с 24 колёсами (классическая 4-колёсная компоновка подразумевала разделение каждого колеса на 6 отдельных элементов со своим собственным двигателем).

Главным же отличием, если не считать дизайн автомобиля, черты которого можно встретить лишь в научно-фантастических фильмах, стал источник энергии для автономной работы транспортного средства. В качестве топлива предполагалось использовать химический элемент торий. Именно он должен отвечать за бесперебойную работу автомобиля в течение 100 лет.

По словам Роберта Харгрейвса (Robert Hargraves), специалиста в области изучения свойств тория, учёными должен быть найден более дешёвый источник энергии в сравнении с углём, обладающий низким значением выброса диоксида углерода при сгорании или его отсутствием. В противном случае данная идея вовсе не сможет получить своего развития.

Основной задачей, стоящей перед компанией Laser Power Systems, является создание полностью серийного образца двигателя, который смог бы поступить в массовое производство. Однако с другой стороны возникает следующий вопрос о том, насколько заинтересованы в создании подобного мобильного источника энергии страны, чьё руководство лоббирует интересы мировой нефтедобывающей промышленности, регулирующей цены и объёмы производства привычного всем автовладельцам топлива.

Американцы разрабатывают «условно-вечный» двигатель для автомобилей

Подсчитать точное количество автомобилей, заполнивших все дороги и магистрали земного шара, практически невозможно, предположительно, их уже больше одного миллиарда. Если суммировать прямые и косвенные затраты на их изготовление, ремонт, топливо и выделяемые средства на борьбу с ядовитыми выбросами и их последствиями, на выходе получим, а точнее недосчитаемся пару-тройку триллионов долларов ежегодно. А теперь давайте попытаемся представить, что для каждого из этих автомобилей будет достаточно всего лишь 8 грамм абсолютно экологического топлива, которого будет достаточно для работы в течение 100 лет.

Компания Laser Power Systems (LPS) из Коннектикута сконцентрировалась над разработкой новой двигательной системы, использующей один из самых плотных материалов, известных в природе — торий (Th). Из-за своей чрезвычайной плотности торий способен генерировать большие объёмы тепла. Компания в настоящее время экспериментирует с небольшими фрагментами материала для создания лазерного луча, излучение которого заставляет испаряться воду. Нагретый до высокой температуры пар вращает турбину, вал которой связан с валом электрического генератора, имеющего мощность, достаточную для удовлетворения всех потребностей автомобиля.

По мнению эксперта Роберта Харгрейвса, «источники энергии с малым или нулевым выбросом СО2 должны быть дешевле, чем уголь, иначе они провалятся в своей попытке заменить «традиционное топливо». К примеру, США потребляют 20 процентов мировой энергии и, по словам Харгрейвса, даже если снизить их выбросы СО2 до нуля, 80 процентов, производимых остальными странами, по-прежнему будут проблемой. А поскольку выброс углекислого газа переходит уже все мыслимые границы, нам крайне нужны нетривиальные идеи.

Торий имеет ряд областей применения, в которых подчас играет незаменимую роль. Положение этого металла в периодической системе элементов и структура его ядра предопределили его применение в области мирного использования атомной энергии.

Так как общие запасы тория в 3—4 раза превышают запасы урана в земной коре, то атомная энергетика при использовании тория позволит на сотни лет полностью обеспечить энергопотребление человечества. Добыча тория даёт всего один чистый изотоп, в то время как смесь природных урановых изотопов требует обогащения для работы в большинстве обычных ядерных реакторов.

Ториевая энергетика — кто первый?

Китай ускорил график строительства первой в мире атомной электростанции, работающей на тории .

Правительство КНР начало разработку ториевого реактора в 2013 г. Изначально на это отводилось 25 лет. Однако на днях стало известно, что китайские власти рассчитывают ввести реактор в эксплуатацию уже через 10 лет. Тем самым они намерены как можно быстрее снизить зависимость экономики от угольных электростанций, чтобы уменьшить выбросы в атмосферу.

«Ранее правительство было заинтересовано в развитии ядерной энергетики из-за нехватки энергии. Сейчас основным стимулом является желание уменьшить смог «, — объяснил гонконгской газете South China Morning Post профессор Ли Чжун, работающий над проектом.

В январе Китайская академия наук создала в Шанхае расширенный научно-исследовательский центр, который будет работать над созданием промышленного реактора на расплавах ториевых солей, сообщает газета. Исследователи, задействованные в проекте, признали, что правительство давит на них, требуя во что бы то ни стало показать результат.

По словам Ли Чжуна, ядерная энергия предоставляет единственное решение для замены угольной генерации и на торий возлагаются большие надежды.

«Проблема использования угля в выработке электричества понятна, — подчеркнул профессор. — Если среднее потребление энергии на человека удвоится, то наша страна будет задушена загрязненным воздухом».

Участники проекта сообщили South China Morning Post о своих опасениях: их наработки могут быть негативно восприняты в обществе, которое после аварии на японской АЭС «Фукусима-1» в марте 2011 г. настороженно относится к любым проектам в атомной энергетике.

Однако это не станет помехой для китайских властей: администрация по ядерной безопасности КНР уже заявила, что безопасность местных АЭС обеспечена на высоком уровне, после катастрофы в Фукусиме станции начали проверять активнее, чтобы избежать подобной аварии.

Китайские надежды

По данным Всемирной ядерной ассоциации (WNA), Китай по состоянию на февраль 2014 г. эксплуатирует 20 атомных реакторов общей мощностью 17,04 ГВт, еще 28 общей мощностью 31,64 ГВт строятся и 58 общей мощностью 62,63 ГВт планируются.

« КНР имеет амбициозную программу развития ядерной энергетики — почти 60 ГВт мощности АЭС к 2020 году и до 150 ГВт к 2030 году, с тем чтобы значительно нарастить долю ядерной энергетики в энергетическом балансе», — утверждает старший менеджер WNA по коммуникациям Джонатан Кобб.

Однако, пытаясь уменьшить свою зависимость от ископаемых видов топлива, таких как уголь, газ, нефть, Поднебесная вынуждена импортировать все больше урана. Торий по сравнению с ураном более распространенный (в 3–4 раза).

К тому же 1 тонна тория может сгенерировать столько же энергии, сколько почти 200 т урана . Но главное, что у КНР, по оценкам местных специалистов, есть достаточный запас тория, чтобы обеспечить электричеством страну в течение 20 тыс. лет.

Приведенные выше данные WNA охватывают только урановые реакторы. Добавятся ли к ним ториевые, зависит от результатов исследований. 2013 г. в Китае был официально назван годом тория.

На разработки в сфере ториевой энергетики Китайской академии наук было выделено $350 млн. Над этими исследованиями в прошлом году работали 140 специалистов , к 2015 г. их число должно увеличиться до 700.

Помимо экономических и экологических соображений, у китайцев есть еще один повод спешить с разработкой реакторов на тории. КНР хочет запатентовать наиболее перспективные ториевые технологии , и судя по объему вкладываемых инвестиций, у нее немалые шансы на успех. Такие патенты могут стать для Пекина своего рода геополитическим оружием. Он будет решать, с кем делиться новыми технологиями, а кому отказывать.

Ториевая гонка

Идея применения тория в качестве топлива для ядерных энергетических реакторов начала разрабатываться параллельно с первыми исследованиями возможности использования урана и утилизации плутония. Торий выгоден не только потому, что довольно распространен и легок в добыче. В ториевых реакторах нет риска неконтролируемой реакции, как в реакторах на уране .

У тория-232 — единственного природного изотопа этого элемента — период полураспада составляет 14 млрд лет, то есть втрое превышает возраст Земли. Поэтому сам по себе торий практически не способен делиться — его необходимо постоянно бомбардировать нейтронами.

Для создания нейтронного потока можно использовать ускоритель протонов. «В таком реакторе ускоритель разгоняет протоны до скорости в три четверти световой. Пучок протонов, попадая на свинцовую мишень, выбивает из нее огромное количество нейтронов, которые и превращают торий в ядерное топливо. При его радиоактивном распаде выделяется тепловая энергия, которую можно использовать для получения электрической», — объяснил журналистам Deutsche Welle принцип работы ториевого реактора швейцарский инженер, сотрудник Европейского совета по ядерным исследованиям (CERN) Карел Замец .

Прекращается нейтронный обстрел — прекращается и цепная реакция. После аварии на «Фукусиме» этот аргумент может оказаться решающим для многих стран, стоящих сейчас перед выбором магистрального пути развития своей энергетики.

Еще один важный аргумент в пользу тория — ториевый реактор не производит радиоактивных отходов с периодами полураспада , измеряемыми десятками или сотнями тысяч, а то и миллионами лет. При захвате нейтрона торий-232 превращается в уран-233, который сам имеет очень короткий период полураспада и его продукты распада тоже.

«Торий имеет важное преимущество в том, что касается продуктов распада. Именно эта его особенность и дает нам основания полагать, что он может играть ключевую роль в решении проблемы радиоактивных отходов», — подчеркивает Карел Замец.

По его словам, за время от 300 до 1000 лет радиоактивность всех этих отходов снизилась бы до уровня естественного природного фона. Вопрос об устройстве специального могильника для захоронения таких отходов, скорее всего, просто отпал бы.

То, что при всех преимуществах тория ядерная энергетика пошла по пути использования урана, можно считать историческим курьезом . Урановые реакторы в отличие от ториевых в процессе эксплуатации вырабатывают оружейный плутоний. Во время холодной войны это и стало главной причиной предпочтения урановых технологий ториевым — страны ядерного клуба наращивали запасы атомных бомб.

Но сейчас как раз невозможность использовать ториевые реакторы в военных программах становится большим плюсом с точки зрения международной безопасности и нераспространения ядерного оружия.

В 2012 г. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) обнародовало отчет, в котором признало, что будущее за торием. «Пока еще нет инфраструктуры для коммерческого изготовления и переработки ториевого топлива. В XXI в. рыночные условия могут измениться таким образом, что ториевые варианты станут коммерчески более привлекательными для использования ядерной энергии», — говорится в отчете.

Помимо Китая, разработку ториевых реакторов в последние годы ведут государственные или частные компании в Бельгии, Индии, Норвегии, Японии. Китайский рывок может подстегнуть как эти, так и другие страны к более масштабным инвестициям в ториевые технологии.

Торий вместо бензина

В отчете МАГАТЭ о роли тория в будущих ядерных энергетических системах, опубликованном в 2012 г., упоминается возможность создания небольших переносных ядерных реакторов .

Ученые из американской компании Laser Power Systems (LPS) заявили, что двигатель, использующий торий в качестве базового топлива, является вполне реализуемой конструкцией и специалисты LPS активно заняты его разработкой.

На данном этапе американцы экспериментируют с небольшим количеством вещества, а их ближайшая цель — создание необходимого для технологического процесса лазера.

Сам же принцип технологии в общих чертах будет схож с работой классической электростанции: лазер должен нагревать емкость с водой, а жидкость под воздействием температуры будет превращаться в пар, который необходим для вращения мини-турбины.

Основной задачей, которая стоит перед LPS, является создание серийного образца двигателя . Однако возникает вопрос: на сколько заинтересованы в создании подобного мобильного источника энергии страны, чьи руководители лоббируют интересы нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, регулирующей цены и объемы производства бензина и дизтоплива?