토륨 에너지는 세상을 바꿀 것입니다

그리고 이미 시작되었습니다

Unsplash에 Matthew Henry의 사진

자연적이든 인공적이든 우리 세상에는 에너지없이 존재하게 된 것은 문자 그대로 없습니다. 그것은 지구를 따뜻하게 유지합니다. 그것은 우리의 음식을 자라고 요리합니다. 그것은 우리를 따뜻하게합니다. 그것은 우리를 움직입니다. 우리가 사고 소비하는 모든 것은 우리에게 에너지와 함께 제공됩니다.

처음에는 인간의 에너지를 사용하여 일을 처리했습니다. 우리 자신의 에너지가 충분하지 않을 때 우리는 동물을 길들여 더 많은 일을했습니다. 그게 충분하지 않았을 때 우리는 사람들을 노예로 만들어 더 많은 일을했습니다. 노예제처럼 끔찍하고 야만적 이었지만, 우리의 상태를 개선하기 위해 더 많은 에너지가 필요했기 때문에 전 세계적으로 사용되었습니다. 이것은 생물 에너지였습니다.

그런 다음 탄소를 노예로 만들기 시작했습니다.

이것은 부분적으로 개발 도상국에서 노예제를 추방하는 책임이 있습니다. 우리는 우리 주변의 세상을 개선하기 위해 나무, 석탄, 기름을 태 웠고 정말 놀라운 일을했습니다. 왜냐하면 우리는 바이오 에너지에서보다 탄소에서 훨씬 더 많은 에너지를 얻었 기 때문입니다. 탄소 에너지와 기계를 함께 활용 한 사람들에게는 기대 수명이 늘어나고 인간의 상태가 크게 향상되었습니다.

그러나 인구가 증가함에 따라 탄소 연료는 우리 세상을 더럽 히기 시작했습니다. 그리고 우리가 그것에 대해 뭔가를하기 시작했을 때 새로운 유형의 에너지가 나타났습니다. 원자력은 탄소를 태우지 않아 좋았지 만 다른 문제와 큰 문제가있었습니다.

오늘날 우리 인구는 너무 많이 증가하여 수요를 충족 할 수있는 충분한 에너지를 생산하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 동시에 우리 중 일부는 지구를 파괴하지 않으려 고 노력하고 있습니다. 우리가 고향이라고 부르는 커다란 파란색 대리석을 보호하면서 삶을 개선하는 것에 대해 걱정한다면 에너지보다 더 중요한 문제는 없습니다.

이 주제에 대한 첫 번째 논문에서는 여러분 대부분이 들어 보지 못한 새로운 에너지 원을 소개 할 것입니다. 믿기지 않고 너무 좋아서 사실이 아닌 것 같지만 사실이며 정말 놀랍습니다.

개념 증명이 이미 확립되었으며 현재이 새로운 에너지 원에 투자하고있는 12 개 이상의 국가와 기업이 있습니다. 머지 않아 우리는 에너지가 풍부하고 안전하며 깨끗하고 일관되고 모든 사람에게 합리적인 가격으로 제공되는 새로운 시대를 향해 큰 진전을 이룰 것입니다.

이 새로운 에너지는 토륨에서 나올 것이며 내연 기관이나 인터넷이 우리 세상을 바꾼 것과 같은 수준으로 우리 세상을 바꿀 잠재력이 있습니다.

그것에 대해 배울 시간입니다.

그래서, 토륨은 무엇입니까?

토륨은 천연 원소로 원소 주기율표에서 90 번이며 우라늄에서 두 문 아래에 있습니다.

1960 년대에 테네시 주 오크 리지에있는 국립 연구소는 원자력 에너지에서 생성 된 전력 시스템을 하나가 아니라 두 개 개발했습니다. 첫 번째 시스템은 우라늄 경수로 (LWR) 개발의 촉매가 된 우라늄을 사용했습니다. 오늘날 전 세계의 모든 원자력 시설 (현재 450 개)은 60 년 된 기술인 LWR의 변형입니다.

그 10 년 후에 우리는 또한 토륨을 기반으로 한 두 번째 원자력 시스템을 개발했습니다. 이것은 다른 핵연료를 사용하는 동일한 시스템이 아니었고 완전히 다른 시스템이었고 최고의 성능을내는 설계는 토륨 용융 염 원자로 (MSR)라고 불렀습니다. 이 실험용 토륨 원자로는 4 년 동안 가동되었으며 8 개월 이상 최대 전력으로 가동되었습니다. 따라서 이것은 높은 마음의 이론이나 공상 과학의 약속이 아닙니다.

개념 증명은 이미 완료 되었으며 이제는이 기술을 상업적으로 실행 가능한 시스템으로 확장하는 데 상당한 돈, 시간 및 R & D를 투입 할 때입니다. 솔직히 우리 세계는 그것에 달려 있습니다.

Uranium LWR과 Thorium MSR 사이에는 많은 흥미로운 세부 사항과 차이점이 있으며 대부분이 토륨 시스템을 선호하지만 먼저 원자력에 대한 사람들의 두려움에 대해 이야기하는 것이 중요합니다. 그럼 붕괴, 방사성 폐기물 및 안전에 관한 토륨의 이점에 대해 이야기 해 봅시다. 나는 당신이 놀랄 것이라고 생각합니다.

핵심은이 두 가지 원자로 설계가 완전히 다릅니다.

우라늄 LWR은 고체 우라늄 연료봉과 액체 물을 냉각수로 사용합니다.

토륨 MSR은 뜨거운 액체 (또는 용융) 소금에 토륨 연료를 현탁시키고 고체 흑연을 중재자로 사용하여 핵분열 반응을 제어합니다.

토륨 MSR은 녹을 수 없습니다.

원자력 붕괴 가능성은 여전히 ​​원자력에 관한 대부분의 사람들에게 주요 관심사와 반대입니다. 경수로에서 냉각수는 우라늄 연료가 녹는 것을 방지하지만 체르노빌과 후쿠시마에서 보았 듯이 끔찍한 일이 여전히 발생할 수 있습니다. 두 경우 모두 서로 다른 상황으로 인해 원자로가 물을 잃어 고체 연료가 과열되고 기본적으로 주변이 녹아 폭발을 일으키고 방사성 원소가 공기 중으로 방출됩니다. 이러한 사건은 수년 동안 원자력 산업을 마비시킨 치명적인 실패였습니다.

그러나 핵 붕괴가 불가능하다면 어떨까요?

토륨 핵분열 및 붕괴의 물리학과 토륨이 다량의 액체 염에 분산되어 있기 때문에 토륨 MSR이 환경을 녹이거나 오염시키는 것은 화학적으로 불가능합니다.

원자로 제어 장치에 대한 완전한 전력 손실과 같은 재앙적인 상황에서도 방사성 물질은 액체 소금에 부유 상태로 남아 있습니다. 정전이 발생하면 액체 소금은 즉시 냉각되기 시작하고 (우라늄 원자로 에서처럼 가열되는 대신) 계속 냉각되면서 결국 고체로 변합니다. 모든 방사성 원소는 여전히 고체 소금에 담겨 있습니다. 그것은 매우 다른 종류의 핵 물질, 즉 토륨의 특성을 바탕으로 만들어진 아름다운 시스템입니다. (이를 설명하기 위해 더 많은 기술 문서가 나올 예정이지만 지금은 토륨이 우라늄과 매우 다르게 행동한다는 사실을 받아들이십시오.)

토륨 원자로는 방사성 폐기물을 거의 생성하지 않습니다.

이것은 대부분의 사람들에게 놀라운 일이지만, 우라늄 LWR은 딸 부산물과 중성자를 먹는 크세논 및 기타 복잡한 이유로 거의 쓸모 없게되기 전에 고체 우라늄 연료의 약 5 % 만 소비합니다. 따라서 연료봉의 95 %가 방사성 폐기물이됩니다. 예, 압니다. 매우 비효율적이고 낭비 적이지만 사실입니다.

반면에 토륨은 완전히 반대의 결과로 매우 효율적으로 연소됩니다. National Labs에서 수행 한 연구에 따르면 MSR은 토륨 연료의 95 %를 태워 5 % 만 낭비했습니다.

게다가 토륨 원자로가 가동되면 우리가 이미 저장하고있는 방사성 폐기물을 실제로 태울 수 있습니다. 방사성 폐기물을 줄이는 동시에 에너지를 얻는 것이 좋지 않을까요? 이것이 이해되기 시작 했습니까?

압력 문제가 없습니다.

우라늄 원자로가 위험한 주된 이유는 물을 냉각수로 사용하기 때문입니다. 물이 섭씨 100도에서 증발하기 때문에 이것은 끔찍한 디자인입니다. 물을 액체 상태로 유지하려면 전체 반응기를 160 기압까지 가압해야합니다. 그런 종류의 압력은 너무 극심해서 물을 움직이는 파이프조차도 압력을 수용하기 위해 4 인치 두께의 벽이 필요합니다. 미세한 이음새 누출은 붕괴 재해로 이어질 수 있습니다.

그러나 토륨 MSR은 기본적으로 압력이없는 한 대기압에서 작동합니다. 이것은 반응기에 물이없고 용융 염이 이미 섭씨 약 300도이고 섭씨 약 1,200도까지 액체 상태를 유지하기 때문에 가능합니다. 이 온도 범위는 전기 생산을 위해 열 에너지를 열교환기로 전달하는 데 적합합니다. 작동 원리를 시각화하기 위해 만든 만화 다이어그램은 다음과 같습니다.

작성자가 만든 이미지

열 교환기에는 증기로 바뀌고 나중에 터빈 발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 물이 있지만 물은 녹색 액체 소금과 결코 섞이지 않습니다. 열만 교환됩니다. 물은 열교환기에 머무르고 핵 물질은 MSR에 남아 있습니다.

능동적 대 수동적 안전

우리는 모두 무균 핵 통제실을 묘사 한 영화를 보았습니다. 수백 개의 다이얼과 디지털 디스플레이가 벽에 있습니다. 작은 컨트롤러 팀이 다이얼을 움직이고 버튼을 누르는 포스트에 앉거나 서 있습니다. 이것은 진실과 멀지 않습니다. 우라늄 원자로에서는 압력과 온도, 방사능 수준이 안전 한도 내에 있는지 확인하기 위해 항상 여러 사람이 원자로를 모니터링해야합니다. 상황이 잘못되면 문제를 해결하기 위해 적극적으로 조정 해야하기 때문에이를 능동적 안전이라고합니다 .

이것은 또한 시스템에 또 다른 수준의 복잡성을 추가합니다.이 시스템에서 안전은 인간이 올바른 선택을하는 것에 달려 있기 때문입니다. 재채기를 할 때 잘못된 버튼을 누르거나 약간 졸리거나 재미있는 이야기에주의가 산만 해지면 어떨까요? 인간은 오류를 범하는 것으로 알려져 있으며 일부 오류는 재앙으로 이어집니다.

반면에 액체 연료를 기반으로 한 토륨 시스템이 있습니다. 우리는 이미 붕괴의 불가능 성과 압력 문제가 없다는 사실에 대해 이야기했습니다. 또한, 또 다른 절대 안전한 수동 안전 메커니즘이 있습니다.

토륨 액체 연료가있는 원자로 용기 아래에는 소금 마개가있는 배수구가 있습니다. (위의 그림 참조) 액체 소금은 섭씨 300도 이상이므로 소금 마개가 녹을 수 있습니다. 그러나 솔트 플러그는 팬이나 냉매 코일에 의해 시원하게 유지됩니다.

갑자기 어떤 일이 발생합니다. 전원이 꺼집니다. 팬과 냉각 코일이 전력을 잃습니다. 이 시점에서 핵분열은 이미 원자로에서 멈췄지만 잠열이 소금 마개를 녹이기 시작합니다. 플러그가 녹 으면 방사성 액체가 땅에있는 거대한 배수 탱크로 흘러 들어갑니다. 모든 방사성 물질은 계속 냉각되면서 액체 소금에 여전히 포함되어 있습니다. 이 수동 안전 시스템 은 중력이 항상 켜져 있기 때문에 항상 작동합니다. 독창적이지?

Oak Ridge에서 최초의 토륨 원자로를 테스트 할 때, 일지에 과학자들과 실험실 기술자들이 종종 점심을 먹으러 원자로를 완전히 무인 상태로 남겨 두는 것으로 기록되었습니다. 안전하다고 생각했습니다.

훨씬 더 있습니다.

더 작은 설치 공간, 낮은 비용, 에너지 밀도, 암과 싸우는 부산물, 환경 문제 등을 포함하여 토륨 MSR에 대한 더 많은 이점이 있습니다. 그러나 지금은 이것으로 충분합니다. 이 첫 번째 기사의 목적은 일부 사람들이 원자력에 대한 두려움을 다루는 것입니다.

여러분의 두려움이 진정되고 에너지 생산의 밝은 미래 가능성에 대한 새로운 호기심이 생겼기를 바랍니다. 우리의 에너지 수요는 계속해서 증가하고 있으며이를 따라갈 또 다른 솔루션이 필요합니다.

토륨 용융 염 원자로가 해결책입니다.

우리는 50 년 전에 작동하는 토륨 원자로를 가지고 있었는데, 이는 그 생존 가능성을 입증했으며 현재 우리가 가지고있는 위험한 핵 시스템과는 매우 다릅니다. 녹을 수 없습니다. 방사성 폐기물이 거의 없습니다. 그리고 현재의 원자로보다 훨씬 안전합니다.

빙산의 일각은 어떻습니까? 에너지가 풍부하고, 안전하고, 깨끗하고, 일관성 있고, 저렴할 때 세상을 상상해보십시오. 그것이 세상을 바꿀 이유입니다. 좋은 소식을 전하도록 도와주세요.

그래도 믿을 수 없을 것 같으면 YouTube에서 "Thorium TedTalks"를 검색하여 확인하십시오.

Richard Martin 의 책 Super Fuel 은 40 년의 휴면 후 토륨 MSR이 어떻게 재발견되었는지 자세히 설명하는 훌륭한 출처입니다.

질문과 지식이있는 의견을 환영합니다.

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저는 인간 가속기의 졸업생이 개발 한 새로운 에너지 저장 테스트 방법에 대해 더 많이 알게 된 후이 멋진 과학을 살펴보고 싶었습니다. 그들의 프로젝트에 대해 더 배우고 그들의 출판물을 보려면 여기를 클릭하십시오.