¿Por qué no se usan ampliamente los reactores nucleares de torio?

Answer 1

Porque no es tan simple como reemplazar uranio con torio.

Primero, el uranio (235) puede fisión. El torio no puede. Primero debes convertir el torio (232) en uranio 233. Primero debes exponer el torio a una fuente de neutrones. Cuando el átomo Th absorbe un neutrón, se convertirá en U233 en aproximadamente un mes. Todo esto necesita un proceso de extracción química e infraestructura que elimine de manera segura lo que se necesita (U233) y se encargue del resto.

En segundo lugar, aunque sabemos cómo usar el ciclo de torio en reactores especialmente diseñados en laboratorio, no tenemos datos prácticos. En ingeniería hay una frase de uso frecuente: “si algo puede salir mal, saldrá mal”. Por lo tanto, desea asegurarse de haber identificado todos los “algo”.

Más importante aún, los reactores de torio no pasaron por el proceso regulatorio, que en EE. UU. Puede llevar años. Puede decir que esto no tiene sentido, pero en realidad tiene mucho sentido. Desea estar absolutamente seguro, y quiero decir absolutamente, que todos los posibles escenarios negativos están identificados, abordados, probados y probados, sin lugar a dudas, seguros.

En conclusión, veo completamente el beneficio de usar Thorium en el futuro, pero un pragmático me dice que estamos al menos a 10 años de tener reactores de torio de cualquier tipo disponibles comercialmente. Mientras tanto, debemos usar las tecnologías disponibles basadas en el ciclo del combustible de uranio.

Answer 2

La respuesta breve es porque el poder del uranio y sus matices están bien establecidos, son bien entendidos y tienen unas pocas generaciones de personas cómodamente ubicadas en el regulador, las plantas y los vendedores. El uranio ganó el concurso inicial sobre qué material se desarrollaría aún más para la energía nuclear porque era el principal nucleido de elección que alimentaba los programas de armas nucleares, que el torio no podía hacer tan fácilmente.

En este punto, se trata de hacer que la industria se sienta cómoda con el torio. Hay obstáculos técnicos que superar porque los núcleos a base de torio se comportan de manera diferente a los núcleos a base de uranio, a pesar de que el torio se convierte en uranio. Th-232 se reproduce hasta U-233, mientras que los núcleos ahora se basan en U-235 y la reproducción secundaria de U-238 a Pu-239. Hay diferentes características de “quemado” que se deben tratar cuando se usa torio, en particular el tiempo de reproducción lento para que el Th-232 se convierta en U-233 y, por lo tanto, esté disponible para las reacciones y eso es un desafío técnico para los vendedores que venden combustible y el núcleo del reactor diseño.

El poder del torio es muy factible, pero el uranio tiene una gran ventaja y ahora se sienta cómodamente en la industria, mientras que el torio tiene que jugar como un desvalido descuidado tratando de establecerse.

Answer 3

En resumen, son peligrosos.

Probablemente
El mejor reactor nuclear gen IV es uno que esté operativo.

Todo el diseño del reactor gen IV está tan por delante de los actuales en términos de seguridad, economía y capacidad de seguimiento de carga que las diferencias entre ellos son bastante irrelevantes. El que puede llegar al mercado primero es el que tiene la oportunidad de llevar al mundo a reducir el CO2.

Con esto en mente, el HTR-PM chino, que comenzará a funcionar más adelante este año, es el mejor diseño. Dicho esto, hay algunos diseños que personalmente creo que tienen ventajas únicas sobre otros en términos de seguridad, economía y escalabilidad .

Los que miro con atención son la tecnología de reactor de sal fundida integral de Terrestrial Energy, el reactor de sal fundida factible de Thorcon y los reactores de sal estable de Moltex Energy. Personalmente, creo que un reactor nuclear de combustible líquido es mejor que cualquier otro diseño en términos de seguridad, economía y escalabilidad.

Estos 3 diseños son únicos y diferentes de los LFTR en que evitan los requisitos casi imposibles de construir un reactor reproductor y de probar una vida útil de 60 a 120 años en una infraestructura. Su concepto de sellado e intercambio para todo el material que se somete a irradiación significa que solo tiene que demostrar una vida útil de 4-7 años para el equipo, mucho más fácil que los métodos actuales para el diseño de reactores adiabáticos.

Answer 4

Hay muchas razones políticas y sociales por las cuales los reactores nucleares no se usan ampliamente de todos modos, alimentados con torio o no. NIMBY es una fuerza poderosa.

Para el torio, quiero aclarar algo: los reactores alimentados con torio no son todos reactores de sales fundidas, y no todos los reactores de sales fundidas son reactores alimentados con torio. Los reactores de sal fundida todavía tienen problemas técnicos, a pesar de que muchos de ellos se encontraron en varios reactores experimentales, en particular el experimento del Reactor de sal fundida del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, que utilizó uranio-235 y uranio-233 (que es el producto fisible del torio fértil) .

Ahora, el torio como fuente de combustible puede funcionar en un reactor de agua pesada, como CANDU. Hasta donde sé, no lo es, principalmente porque la industria ya se ha acumulado alrededor del uranio. Toda la infraestructura para Uranium ya está en su lugar, pero no hay infraestructura existente (a tal escala) para Thorium. Entonces, el mayor obstáculo es el económico, y es poco probable que cambie, aunque solo sea por la licencia política y social.

Answer 5

Me temo que no estoy de acuerdo con la parte de la respuesta de Mike Strickland que dice que el uranio fue elegido porque se usó para armas nucleares. Ralph Moir y Edward Teller dicen en la sección VII de su documento, “Planta de energía subterránea alimentada con torio basada en tecnología de sal fundida” (página en ralphmoir.com) que se eligió el uranio porque cuando se tomó la decisión, se pensó tanto el uranio como el torio escasa, y la mayor proporción de uranio se consideró necesaria para el desarrollo de la energía nuclear comercial a gran escala.

Hay una elaboración mucho más detallada de cómo se llegó a esta decisión en el capítulo ocho del libro de Paul Duncan, “Rickover y la Armada Nuclear” (página en energy.gov). En el momento en que se tomó la decisión, se pensó que un reactor de torio apenas podía producir suficiente U-233 para su propio uso, e incluso entonces, las circunstancias tendrían que ser ideales para que el reactor sea autosuficiente. Los reactores de uranio no solo podrían ser autosuficientes, sino que también podrían generar suficiente combustible para sembrar núcleos de reactores adicionales, facilitando la construcción y operación de nuevas plantas de energía. Ambas tecnologías fueron estudiadas y consideradas para el poder comercial en la década de 1950 y principios de 1960, pero en ese momento, la tecnología basada en uranio simplemente parecía más factible técnicamente.

Answer 6

Hola, no soy un experto en esto, pero aquí hay algunos datos de internet:

• La reproducción en un espectro de neutrones térmicos es lenta y requiere un reprocesamiento extenso. La viabilidad del reprocesamiento aún está abierta.
• Primero se requiere un trabajo de prueba, análisis y licencia significativo y costoso, que requiere apoyo comercial y gubernamental. [17] Según un informe de 2012 del Boletín de los Científicos Atómicos, sobre el uso de combustible de torio con reactores refrigerados por agua existentes, “requeriría una inversión demasiado grande y no proporciona una recompensa clara, “señalando que” desde el punto de vista de las empresas de servicios públicos, el único motor legítimo capaz de motivar la búsqueda del torio es la economía “. [29]
• Hay un costo más alto de fabricación y reprocesamiento de combustible que en las plantas que usan barras de combustible sólido tradicionales. [17]
• El torio, cuando se irradia para su uso en reactores, producirá uranio 232, que es muy peligroso debido a los rayos gamma que emite. Este proceso de irradiación puede alterarse ligeramente eliminando el protactinio-233. La irradiación convertiría el uranio 233 en lugar del uranio 232, que puede usarse en armas nucleares para convertir el torio en un combustible de doble propósito.

Answer 7

Porque el torio en sí mismo es simplemente un combustible. Tiene exactamente 1 ventaja principal sobre U238: puede reproducirse en un reactor térmico. Ahora bien, este es un gran problema. Los reactores térmicos son más fáciles de diseñar y construir que los reactores rápidos. Simplemente arroje combustible nuclear junto con un moderador y tendrá una reacción nuclear. (es más complicado que eso, obviamente, pero esa es la esencia) Todo lo demás son sistemas de seguridad y eliminación de calor. La seguridad también es más fácil de implementar. Retire el moderador y la reacción se detiene. Por supuesto, eso no quiere decir que sea imposible construir y diseñar un reactor rápido seguro. De hecho, EBR II demostró que puede diseñar un reactor rápido inherentemente seguro. Todo lo demás que escuchó sobre las maravillas de un reactor de torio se atribuye realmente al tipo de reactor, un reactor de sal fundida. Los reactores de sal fundida funcionarían muy felizmente con uranio, y algunos diseños son diseños de reactores rápidos, lo que le permite reproducir uranio.

Ahora a las desventajas:

1. El torio no está muy bien estudiado. Estamos bastante seguros de las rutas U235 y Pu239, pero de torio, no tanto.
2. Ya existe una gran preocupación pública por la proliferación nuclear de U235 y Pu239. Agregar uno más haría que el UCS se sintiera muy feliz o les causaría una hemorragia cerebral.
3. No hay una cadena de suministro establecida para el torio. Hasta que el precio del uranio suba lo suficiente como para que valga la pena explorar la ruta del torio, no será económico probar el torio. Además, el costo del combustible en un reactor nuclear es solo una pequeña parte del costo total. Incluso un aumento de precio de 10 veces será menos importante que una mejora en el diseño, la seguridad o la eficiencia.

Claro, estas no son desventajas técnicas, pero si bien todos anhelamos un mundo que busque conocimiento, tenga ciudadanos bien informados, se esfuerce por mejorar en lugar de hacerlo más barato, obtenemos un mundo que aprende solo lo suficiente para ganar dinero, tiene ciudadanos que prefieren el miedo sobre la razón, solo se preocupa por el dinero y alberga a los estadounidenses que votaron por Trump. Trabajamos con lo que tenemos.

Aparte: Claro, Kirk Sorenson habló de algunos de los productos muy valiosos de una reacción de torio, como Pu 238 y Bi-213, pero los subproductos de las reacciones nucleares de uranio se pueden usar para construir baterías betavoltaicas, por lo que las consideraría diferentes. en lugar de que uno sea ventajoso.

Answer 8

No soy un experto en esto, pero creo que la respuesta breve es que la cantidad de inversión necesaria para hacer realidad los Reactores de Torio es demasiado grande o el desarrollo tomaría demasiado tiempo para hacerlo práctico. Las empresas de servicios públicos de los Estados Unidos no podrían financiar tal cosa sin algunas garantías que simplemente no existen en este momento.

Quisiera señalar que India y China aún no están atrapadas donde estaba Estados Unidos en 1969, cuando los Estados Unidos tenían un reactor Liquid Salt U233 en Oak Ridge que funcionó críticamente durante 15,000 horas. El U233 fue criado de torio. Entonces, ¿qué aprendió Estados Unidos de su experimento que duró 5 años? ¿Hay algo que necesitemos saber? Seguramente, EE. UU. Tiene un conocimiento que sería muy útil o ¿está dejando deliberadamente que otros países caminen por un camino a ninguna parte? La respuesta no oficial de por qué se cerró el programa de EE. UU. Es que Thorium no proporciona material fisionable para las bombas.

Es hora de que EE. UU. Salga del armario y haga un gran esfuerzo por Thorium o diga por qué no lo está haciendo porque lo que hacen China e India es fundamental para mitigar el cambio climático. No podemos hacerlo por nosotros mismos.

Answer 9

Hubo un reactor de producción que funcionó con Thorium / U233, el reactor Shippingport, sin embargo, esa fue la última carga del reactor, se desmanteló después de esa carga. Era un reactor algo especial, bastante pequeño para los estándares actuales, y fue capaz de lograr una relación de conversión más alta (hizo más U233 de Th232 que otros reactores).

Hay otro reactor que está haciendo el proceso de fisión Th232-> U233-> hoy, el reactor Halden-Suecia, que ejecuta media docena de barras de torio, con combustible diseñado por Thor Energy. Si todo va perfectamente (hasta ahora), el combustible de Thor Energy se cargará parcialmente en un reactor de producción por primera vez en 2–3 años, y unos años más tarde, un reactor se cargará completamente con el torio-plutonio de Thor Energy. barras de combustible (el plutonio es necesario para iniciar el proceso, generando los neutrones para convertir Th232 en U233 y para fisión los primeros átomos de U233 que consumen gradualmente el plutonio y producen más y más energía a partir de la fisión U233).

El uranio es lo suficientemente abundante, el problema es que los reactores actuales usan bien U235 y son malos al usar U238 (99.3% del uranio natural). Hay reactores que funcionan muy bien en la mayoría del uranio (U238) – reactores rápidos.

No acepto que el desperdicio se descomponga más rápido, ya que los productos de fisión son casi iguales con la fisión U233 / U235 / Pu239, después de algunas décadas es principalmente Sr90 y Cs137, que tardan 300 años en estabilizarse. La gente se queja irracionalmente de los transuránicos (plutonio, americio y curio), pero son casi irrelevantes frente a Sr90 / Cs137. Para que el combustible gastado de Torio esté mayormente libre de transuránicos, el reactor debe emplear el reprocesamiento para reutilizar U233 / U234 / U235 / U236 producido por la fisión de Torio, que no está planificado como parte de los esfuerzos de Thor Energy, y U233 es igual de radiactivo como Plutonio 239 para combustible gastado, pero su vida media es del orden de 100 mil años, lo que significa una radiactividad bastante baja.

Después de 300 años, el combustible gastado del reactor de hoy será abrumadoramente U238 e isótopos estables, mezclados con un pequeño porcentaje de plutonio / americio / curio que genera poca radiactividad, considerando su vida media en la escala de 100 mil años y más (la vida media , cuanto menos radiactivo sea).

Si todo va bien, el 20% de los reactores existentes en el mundo podrían funcionar con combustible Thor Energy ThAdd o ThMOX para 2025. Esto los convertiría en reactores híbridos de uranio + torio.

Answer 10

Gracias por preguntar.

Antes de explicarle por qué no usamos reactores de torio, tendré que explicarle cómo funcionan los reactores de torio, y para ello utilizaré un ejemplo común de la vida real.

Imagina que tienes unos 10 millones de dólares y quieres dejar eso para tus nietos como fondo fiduciario, pones un gran cautiverio pre-requisito y vives de los intereses básicamente dejando el capital intacto.

Ahora bien, esto se aplica al torio como combustible es que el torio en sí mismo no es fisionable, tiene que ser alimentado a un reactor que contiene un material fisionable primordial que convierte el torio fértil en un combustible fisible que luego puede usarse como combustible, lo que a su vez genera más combustible fisible que convierte más torio en combustible, el combustible original original suele ser Pu-239 un elemento hecho por el hombre, ahora el Pu-239 es la contrapartida de la inversión de capital inicial aquí y el interés que vivimos aquí es el Pu-239 se genera a partir de la absorción de neutrones de torio, esta conversión de torio fértil en combustible de reactor fisionable se produce en reactores especializados llamados reactores reproductores rápidos, estos reactores están diseñados para maximizar la producción de combustible fértil y la producción de energía.

Volviendo a la pregunta original de por qué los reactores de torio no son de uso común, puedo pensar en 2 razones principales.

1. La abundancia de torio, los depósitos de torio no son muy abundantes en todo el mundo. La escasez geográfica relativa hace que el torio sea una alternativa económica inviable a los combustibles nucleares de uranio convencionales.
2. Un ciclo de combustible de torio es un ciclo de 2 pasos y para asegurarse de que se vuelva autosuficiente, necesita tener un arsenal de umbral de Pu-239 u otros combustibles fisibles que puedan convertir el torio en un material fisible y lograr eso es en sí mismo un proceso técnico y Obstáculo económico que no es fácil de superar, India se encuentra entre el único país conocido que tiene un programa oficial de torio actualmente en la fase de almacenamiento de suficiente plutonio fisionable 239 para lograr la autosuficiencia para la etapa 2 del ciclo del combustible, en parte porque ha disminuido. Las reservas de uranio de alto grado que hacen que el ciclo del combustible de torio sea una alternativa económicamente viable.

Espero que esto responda tu pregunta .

Answer 11

Además de esas excelentes respuestas ya dadas, agregaré una perspectiva algo más práctica. Se podría considerar que el perfil de radiación y las propiedades físicas del torio hacen que la fabricación del combustible sea mucho más difícil / costosa que el U235. Las cosas que se pueden hacer al aire libre ahora a menudo requieren equipos remotos para el torio. Las temperaturas requeridas para sinterizar el combustible también son bastante más altas (concedido, lo que compensa hacer que el combustible sea más difícil de derretir en un accidente más allá del diseño). Entonces, en este momento, no hay una justificación de costos muy convincente para usar torio como combustible. Por supuesto, la gente del reactor de sal como el torio y en sus sistemas, gran parte de lo que he dicho aquí no se aplica. Sin embargo, esa es una conversación diferente (y una en la que he escrito otras respuestas).

Answer 12

Respuesta muy rápida: U-235 es ideal para el control de la velocidad de reacción, la producción de energía y las propiedades químicas mecánicas. Sí, esos alo también lo hacen útil para un arma de fisión. El torio en realidad no puede producir una reacción en cadena estable y continua para la producción de energía. Sí, está más fácilmente disponible, pero eso no importa. También vea esta respuesta ¿Por qué algunos de los reactores nucleares en India usan el torio como combustible? y esto ¿Por qué no se usan ampliamente los reactores nucleares de torio?

Jules

Answer 13

La respuesta es principalmente histórica. El ciclo de combustible de uranio tuvo que desarrollarse primero porque 235U era el único isótopo fisionable disponible de forma natural. Debes tener un reactor en funcionamiento que produzca el exceso de neutrones para reproducir el torio hasta el 233U fisible. Entre el proyecto de Manhattan y el almirante Rickover, el ciclo de combustible de uranio tuvo un comienzo constante. La química del ciclo de combustible de torio es significativamente diferente, por lo que cambiar es básicamente comenzar de nuevo.
La abundancia de torio no es una gran ventaja de torio sobre uranio por dos razones. El uranio forma óxidos solubles en agua que a menudo se concentran. Y, el costo del combustible crudo es casi insignificante en comparación con la energía producida.
Creo que el ciclo del combustible de torio eventualmente será dominante si podemos sobrevivir el tiempo suficiente. Tenemos problemas urgentes que solo la energía nuclear puede resolver, y para eso incluso los reactores existentes y listos para construir son lo suficientemente buenos. Solo necesitamos construir tantos como podamos tan rápido como podamos. Esperemos que no sea demasiado tarde.

Answer 14

Otra pregunta de los promotores equivocados del torio que han leído algún artículo de divulgación científica.

Hay mucho uranio en el mundo, muchos depósitos ya están identificados, por lo que la mayor abundancia marginal de torio no es significativa.

El torio NO es más seguro, ya que algunos de los productos de conversión de torio a U 233 fisible, como el U-234, emiten rayos gamma de gran potencia.

El ciclo de torio tiene serios problemas de proliferación, ya que el U-233 fisible puede separarse químicamente del torio (evitando el difícil proceso de separación de isótopos) y el U-233 funcionará en dispositivos simples de tipo pistola (evitando las cargas en forma de dificultad para comprimir el plutonio ) Los dispositivos de armas también son más fáciles de encajar en ojivas de misiles y bombas aerodinámicamente limpias para aviones.

Hay razones muy sólidas por las cuales el ciclo de combustible de torio no se usa ampliamente.

Answer 15

Una razón es la falta de inversión y medidas regulatorias severas. La inversión en energía solar / eólica o en reactores de agua ligera convencionales mejorados se considera una inversión más segura.

Además, un nuevo tipo de reactor tiene que pasar por una gran cantidad de trámites burocráticos (los trámites burocráticos eran menos estrictos en el pasado, nunca haríamos el programa Apollo de manera tan barata o tan rápida con las normas de seguridad actuales) en comparación con el rojo mucho menor grabe si solo presenta una versión mejorada de un diseño anterior a los reguladores para su aprobación.

ThorCon se trata de AHORA. ThorCon no requiere nueva tecnología. ThorCon es una ampliación sencilla del exitoso Experimento de Reactor de Sal Fundida (MSRE). El MSRE es la planta piloto de ThorCon. No existe una razón técnica por la cual un prototipo a escala completa de 250 MWe no pueda funcionar en cuatro años.

El Reactor de sal fundida factible

Answer 16

En realidad, una explicación bastante simple; Los reactores a base de torio dificultan la extracción de materiales de fabricación de bombas.

Del artículo de Wikipedia sobre la energía nuclear basada en torio ‘:
‘En 1973, sin embargo, el gobierno de EE. UU. Cerró toda investigación nuclear relacionada con el torio, que ya había estado en curso durante aproximadamente veinte años en el Laboratorio Nacional Oak Ridge. Las razones fueron que los reactores reproductores de uranio fueron más eficientes, la investigación fue probada y los subproductos podrían usarse para fabricar armas nucleares. En opinión de Moir y Teller, la decisión de detener el desarrollo de reactores de torio, al menos como una opción de respaldo, “fue un error excusable”. [4]

Answer 17

Debido a que no existen comercialmente viables, tomará mucho tiempo desarrollarse, no resuelven los problemas de proliferación, de hecho, todo lo contrario y porque casi todos en la industria energética actual saben que son un callejón sin salida.

¿Qué tan cerca estamos de un reactor de torio comercialmente viable; es decir, uno que podría pasar los procesos de aprobación regulatoria de varios países, y donde el costo de construcción y combustible sería competitivo con otras formas de generación de electricidad.

Answer 18

Hay docenas de sitios de Internet con muchos comentarios sobre los reactores de torio. Es mejor tomar sus palabras con un grano de sal. Los reactores de torio no son tecnología probada y necesitan una gran cantidad de infraestructura de procesamiento químico para funcionar incluso. No está claro si alguna vez serán técnica o económicamente factibles. Solo porque India tiene mucho torio, esa no es razón para ser optimista con los reactores de torio.

Answer 19

El ciclo de torio produce menos actínidos, pero los actínidos no son realmente un problema tan grande. Las personas simplemente se asustan cuando ven vidas medias largas.

El principal problema de los desechos nucleares es Cs-137 y Sr-90. El ciclo de torio produce la misma cantidad.

No está claro si los reactores son más seguros. Todavía no se ha realizado ninguna ingeniería.

Answer 20

El Servicio Mundial de la BBC ha estado ejecutando una serie (fascinante) sobre los elementos de Elements. Creo que la de Thorium le resultará particularmente interesante.