Ториевая ядерная программа

Ториевая ядерная программа — ядерная программа, использующая уран-233 в качестве материала изготовления ядерного оружия или топлива ядерных электростанций. Единственным способом получения урана-233 является топливный цикл с применением тория-232, откуда и происходит название программы. Ториевая ядерная программа не имела сколь-либо существенного исторического значения ни в одной из стран мира.

Технические особенности

Уран-233 получают путём облучения нейтронами тория-232. Превращение происходит по следующей цепочке:

0 1 n + 90 232 T h → 90 233 T h → 22 , 3   m i n β −   1 , 243   M e V 91 233 P a → 26 , 967   d β −   0 , 5701   M e V 92 233 U . {displaystyle mathrm {^{1}_{0}n} +mathrm {^{232}_{90}Th} ightarrow mathrm {^{233}_{90}Th} {xrightarrow[{22,3 min}]{eta ^{-} 1,243 MeV}}mathrm {^{233}_{91}Pa} {xrightarrow[{26,967 d}]{eta ^{-} 0,5701 MeV}}mathrm {^{233}_{92}U} .}

Исторический контекст

Ядерное оружие

Уран-233, подобно урану-235, имеет относительно низкий темп спонтанного распада, что позволяет использовать уран-233 в боезарядах, реализованных по пушечной схеме.

В середине 1940-х годов рассматривались 3 основных варианта создания ядерного оружия, различающихся основным делящимся компонентом, соответственно возможны 3 различные ядерные программы:

• урановая (уран-235)
• плутониевая (плутоний-239)
• ториевая (уран-233)

В США реализовывались одновременно урановая и плутониевая программы, в СССР — только плутониевая. Оба этих варианта имели существенные технические сложности. Урановая программа требовала задействовать значительные промышленные мощности по обогащению урана. В свою очередь плутоний, имеющий высокий темп спонтанного распада, не позволяет создавать ядерное оружие по пушечной схеме, что требовало применения сложной и потенциально ненадёжной имплозивной схемы. Уран-233 лишён этих недостатков. Он, подобно плутонию, может нарабатываться в ядерных реакторах, но, подобно урану-235, имеет низкий темп спонтанного распада. Это позволяет использовать уран-233 в боезарядах, реализованных по пушечной схеме.

К середине 1960-х годов ситуация начала постепенно меняться. Было построено достаточно много заводов по обогащению урана, также было создано и отлажено достаточно много боезарядов, использующих плутоний. С производством урана-233 связан также нежелательный побочный продукт — уран-232, заметно осложняющий производство оружия.

Позже были обнаружены богатые месторождения урана, и по совокупности факторов интерес к ториевым боезарядам начал постепенно угасать.

Энергетика

В 1960-х в США был построен ториевый реактор LFTR Molten-Salt Reactor Experiment (Ок-Риджская национальная лаборатория)

Также, если в годы создания первых ядерных реакторов уран считался редким элементом, то за прошедшие с тех пор десятилетия были обнаружены его обширные месторождения. В связи с этим, если использовать реакторы-размножители, то запасы урана для нужд энергетики можно считать практически неисчерпаемыми.

В то же время запасы тория в несколько раз больше запасов урана, и изучаются перспективные возможности по применению тория как в открытых, так и закрытых ядерных циклах.

Широкому использованию тория в качестве ядерного сырья препятствует его большая, по сравнению с ураном, рассеянность — торий не образует богатых[уточнить] месторождений, технология его извлечения из руд сложнее. Кроме того, наряду с ураном-233, oбразуется уран-232, который, распадаясь, даёт гамма-активные ядра изотопов висмут-212 и таллий-208, усложняющие производство ТВЭЛов.