Nearly everyone in the world is part of some community, whether large or small. And all of these communities have similar needs. They need light, they need heat they need air-conditioning. People can't function very well when it's too hot or too cold. They need food to be grown or provided, distributed and stored safely. They need waste products to be collected, removed and processed. People in the community need to be able to get from one place to another as quickly as possible. And a supply of energy is the basis for all of these activities. Energy in the form of electricity provides light and air-conditioning. Energy in the form of heat keeps us warm. And energy in chemical form provides fertilizer; it drives farm machinery and transportation energy.
تقریباً همه مردم جهان عضوی از یک جامعه هستند، بزرگ یا کوچک. و تمام این جوامع نیازهایی شبیه به هم دارند. به نور نیاز دارند، به گرما نیاز دارند به تهویه مطبوع نیاز دارند. اگر خیلی گرم یا خیلی سرد باشد آدمها نمی توانند خوب کار کنند. نیاز به غذایی دارند که تولید یا تامین شود، و به شکلی ایمن توزیع و ذخیره شود. نیاز دارند تا ضایعات جمع آوری، جداسازی و فرآوری شوند. مردم جامعه باید بتوانند از محلی به محل دیگر در حد امکان سریعا جابجا شوند. و تامین انرژی اساس تمام این کارها است. انرژی در شکل برق، نور و تهویه را فراهم میکند. انرژی به شکل حرارت ما را گرم نگه میدارد. و انرژی به صورت شیمیایی کود فراهم میکند؛ که مولد ماشین های کشاورزی و انرژی حمل ونقل است.
Now, I spent 10 years working at NASA. In the beginning of my time there in 2000, I was very interested in communities. But this is the kind of community I was thinking of -- a lunar community It had all of the same needs as a community on Earth would have, but it had some very unique constraints. And we had to think about how we would provide energy for this very unique community. There’s no coal on the Moon. There's no petroleum. There’s no natural gas. There's no atmosphere. There’s no wind, either. And solar power had a real problem: the Moon orbits the Earth once a month. For two weeks, the sun goes down, and your solar panels don't make any energy. If you want to try to store enough energy in batteries for two weeks, it just simply isn't practical. So nuclear energy was really the only choice.
من ۱۰ سال برای ناسا کار کردم. در ابتدای کارم آنجا، در سال ۲,۰۰۰، خیلی به جوامع علاقه داشتم. اما این نمونه جامعه ای است که به آن فکر میکردم -- جامعه ای روی ماه. که تمامی نیازهای مشابه یک جامعه روی زمین را داشت، اما محدودیتهایی بسیار خاص هم داشت. و باید به نحوه تامین انرژی برای این جامعه خاص فکر می کردیم. روی ماه زغال سنگ نیست. نفت نیست. گاز طبیعی نیست. هوا نیست. بادی هم نیست. و انرژی خورشیدی مشکلی اساسی دارد: ماه ماهی یک بار دور زمین می چرخد. برای دو هفته، خورشید غروب میکند، و پنلهای خورشیدی شما هیچ انرژی تولید نمیکنند. اگر بخواهید برای دو هفته انرژی کافی را در باتری ذخیره کنید، به سادگی عملی نیست. پس انرژی هسته ای واقعاً تنها گزینه بود.
Now, back in 2000, I didn't really know too much about nuclear power, so I started trying to learn. Almost all of the nuclear power we use on Earth today uses water as a basic coolant. This has some advantages, but it has a lot of disadvantages. If you want to generate electricity, you have to get the water a lot hotter than you normally can. At normal pressures, water will boil at 100 degrees Celsius. This isn't nearly hot enough to generate electricity effectively. So water-cooled reactors have to run at much higher pressures than atmospheric pressure. Some water-cooled reactors run at over 70 atmospheres of pressure, and others have to run at as much as 150 atmospheres of pressure. There's no getting around this; it's simply what you have to do if you want to generate electricity using a water-cooled reactor. This means you have to build a water-cooled reactor as a pressure vessel, with steel walls over 20 centimeters thick. If that sounds heavy, that's because it is.
آن زمان در سال ۲,۰۰۰، چیز زیادی درباره انرژی هسته ای نمیدانستم، پس شروع به یاد گرفتن کردم. تقریباً همه نیروگاه های هسته ای که امروزه روی زمین داریم از آب استفاده می کنند. به عنوان خنک کننده اصلی. این مزایایی دارد، اما معایب زیادی هم دارد. اگر میخواهید برق تولید کنید، باید آب را خیلی بیشتر از آنچه معمولاً می شود گرم کنید. در فشار طبیعی، آب در ۱۰۰ درجه سلسیوس به جوش می آید. این اصلاً برای تولید برق موثر به اندازه کافی گرم نیست. پس راکتورهای آب-خنک باید با فشارهایی بسیار بالاتر از فشار اتمسفر کار کنند. بعضی راکتورهای آب خنک با فشاری بیش از ۷۰ اتمسفر کار می کنند، و دیگران باید در فشاری تا حد ۱۵۰ اتمسفر کار کنند. راه دیگری وجود ندارد؛ ساده بگویم تنها کاری است که می شود انجام داد اگر میخواهید برق را با استفاده از راکتور آب-خنک تولید کنید. این یعنی باید یک راکتور آب خنک را تحت فشار بسازید، با دیواره های فولادی به قطر بیش از ۲۰ سانتیمتر. اگر سنگین به نظر میرسد، به خاطر این است که هست.
Things get a lot worse if you have an accident where you lose pressure inside the reactor. If you have liquid water at 300 degrees Celsius and suddenly you depressurize it, it doesn't stay liquid for very long; it flashes into steam. So water-cooled reactors are built inside of big, thick concrete buildings called containment buildings, which are meant to hold all of the steam that would come out of the reactor if you had an accident where you lost pressure. Steam takes up about 1,000 times more volume than liquid water, so the containment building ends up being very large, relative to the size of the reactor.
اوضاع خیلی بدتر می شود اگر حادثه ای پیش بیاید و درون راکتور افت فشار داشته باشید. اگر آب مایع در دمای ۳۰۰ درجه سلسیوس داشته باشید و ناگهان فشار را از روی آن بردارید، دیگر خیلی مایع نمی ماند؛ در یک لحظه بخار می شود. پس راکتورهای آب-خنک در بناهای بتنی بزرگ با دیوارهای ضخیم ساخته می شوند که بناهای مهار نام دارند، و وظیفه آن نگهداشتن تمام بخار راکتور است اگر حادثه ای پیش بیاید که فشار از دست دهید. بخار حدود ۱٫۰۰۰ برابر آب مایع فضا اشغال میکند، پس بنای مهار نهایتا، ساختمان خیلی بزرگی است، در مقایسه با خود راکتور.
Another bad thing happens if you lose pressure and your water flashes to steam. If you don't get emergency coolant to the fuel in the reactor, it can overheat and melt. The reactors we have today use uranium oxide as a fuel. It's a ceramic material similar in performance to the ceramics we use to make coffee cups or cookware or the bricks we use to line fireplaces. They're chemically stable, but they're not very good at transferring heat. If you lose pressure, you lose your water, and soon your fuel will melt down and release the radioactive fission products within it.
اتفاق بد دیگر وقتی است که فشار از دست برود و آب شما هم بخار شود. اگر خنک کننده اضطراری را به سوخت راکتور نرسانید، ممکن است بیش از اندازه داغ و ذوب شود. راکتورهای امروزی از اکسید اورانیوم به عنوان سوخت استفاده میکنند. این ماده ای با کارایی مشابه سرامیک است شبیه سرامیک هایی که برای ساخت فنجان یا وسایل آشپزی استفاده می شود یا آجرهایی که دور شومینه می گذاریم. آنها از نظر شیمیایی پایدارند، اما گرما را به خوبی انتقال نمیدهند. اگر فشار از دست بدهید، آب از دست می رود، و به زودی سوخت شما ذوب می شود و فرآورده های شکافت هسته ای درون خود را آزاد میکند.
Making solid nuclear fuel is a complicated and expensive process. And we extract less than one percent of the energy for the nuclear fuel before it can no longer remain in the reactor. Water-cooled reactors have another additional challenge: they need to be near large bodies of water, where the steam they generate can be cooled and condensed. Otherwise, they can't generate electrical power. Now, there's no lakes or rivers on the Moon, so if all of this makes it sound like water-cooled reactors aren't such a good fit for a lunar community, I would tend to agree with you.
ساخت سوخت هسته ای جامد فرایندی پیچیده و گران است. و ما کمتر از یک درصد انرژی سوخت هسته ای را برداشت می کنیم تا زمانی که می شود آن را در راکتور نگه داشت. راکتور های آب خنک با چالشی دیگر هم مواجه هستند: باید حتما نزدیک به مقادیر زیادی آب باشند، تا بخاری که تولید می کنند را خنک و به آب تبدیل کنیم. در غیر این صورت، نمی شود برق تولید کرد. روی ماه دریاچه و رودخانه ای وجود ندارد، پس اگر تمامی این موارد به نظر استفاده از راکتورهای آب خنک در سطح ماه را نامناسب نشان می دهد، من هم با شما موافق هستم.
(Laughter)
(خنده حضار)
I had the good fortune to learn about a different form of nuclear power that doesn't have all these problems, for a very simple reason: it's not based on water-cooling, and it doesn't use solid fuel. Surprisingly, it's based on salt.
من این شانس را داشتم تا با روش دیگری از انرژی هسته ای آشنا شوم که هیچکدام از این مسائل را ندارد، به دلیلی خیلی ساده: اینکه مبتنی بر سیستم آب خنک نیست و از سوخت جامد هم استفاده نمی کند. در نهایت تعجب، با نمک کار می کند.
One day, I was at a friend's office at work, and I noticed this book on the shelf, "Fluid Fuel Reactors." I was interested and asked him if I could borrow it. Inside that book, I learned about research in the United States back in the 1950s, into a kind of reactor that wasn't based on solid fuel or on water-cooling. It didn't have the problems of the water-cooled reactor, and the reason why was pretty neat. It used a mixture of fluoride salts as a nuclear fuel, specifically, the fluorides of lithium, beryllium, uranium and thorium. Fluoride salts are remarkably chemically stable. They do not react with air and water. You have to heat them up to about 400 degrees Celsius to get them to melt. But that's actually perfect for trying to generate power in a nuclear reactor.
روزی، در محل کار یکی از دوستانم بودم، و کتابی در قفسه توجهم را جلب کرد، «راکتورهای سوخت مایع». علاقه مند شدم و از او خواستم تا کتاب را به من امانت دهد. داخل کتاب، از تحقیقاتی در ایالات متحده مطلع شدم که به دهه ۱۹۵۰ برمی گشت، در مورد نوعی راکتور که بر پایه سوخت جامد یا سیستم آب-خنک نبود. مشکلات راکتور آب-خنک را نداشت، و دلیل اینکه بسیار تمیز بود، استفاده از ترکیبی از نمکهای فلوراید به عنوان سوخت هسته ای بود، مشخصا، فلوراید لیتیوم، برلیوم، اورانیوم و توریم. نمک های فلوراید مشخصا موادی پایدار هستند. با آب و هوا واکنشی ندارند. باید تا حدود ۴۰۰ درجه سلسیوس حرارت داده شوند تا ذوب شوند. و این واقعا برای تولید نیرو در یک راکتور هسته ای عالی است.
Here's the real magic: they don't have to operate at high pressure. And that makes the biggest difference of all. This means they don't have to be in heavy, thick steel pressure vessels, they don't have to use water for coolant and there's nothing in the reactor that's going to make a big change in density, like water. So the containment building around the reactor can be much smaller and close-fitting. Unlike the solid fuels that can melt down if you stop cooling them, these liquid fluoride fuels are already melted, at a much, much lower temperature. In normal operation, you have a little plug here at the bottom of the reactor vessel. This plug is made out of a piece of frozen salt that you've kept frozen by blowing cool gas over the outside of the pipe. If there's an emergency and you lose all the power to your nuclear power plant, the little blower stops blowing, the frozen plug of salt melts, and the liquid fluoride fuel inside the reactor drains out of the vessel, through the line and into another vessel called a drain tank. Inside the drain tank, it's all configured to maximize the transfer of heat, so as to keep the salt passively cooled as its heat load drops over time. In water-cooled reactors, you generally have to provide power to the plant to keep the water circulating and to prevent a meltdown, as we saw in Japan. But in this reactor, if you lose the power to the reactor, it shuts itself down all by itself, without human intervention, and puts itself in a safe and controlled configuration.
نکته اصلی این است: نیازی نیست تا در فشار بالا کار کنند. و این بیشترین تفاوت را ایجاد می کند. این یعنی که نیاز نیست تا سنگین باشند، مخزن های فولادی کلفت، نیازی به استفاده از آب به عنوان خنک کننده ندارند چیزی در راکتور نیست که چگالی اش خیلی تغییر کند، مثل آب. پس بنای مهار اطراف راکتور می تواند بسیار کوچکتر و بسته تر باشد. برخلاف راکتور های سوخت جامد که ممکن است ذوب شوند اگر خنک نشوند، این سوخت های فلوراید اصلا مایع هستند، در دمایی خیلی خیلی کمتر. در زمان کار عادی، اینجا یک درپوش دارید در کف مخزن راکتور. این درپوش از تکه ای نمک یخ زده ایجاد شده که با دمیدن یک گاز خنک یخ زده نگاه می دارید در برابر لوله بیرونی. اگر حالت اضطراری پیش آید و تمامی نیروی نیروگاه هسته ای از دست برود، آن بادبزن کوچک از کار می افتد، و آن درپوش نمکی ذوب می شود، و سوخت مایع فلوراید داخل راکتور از مخزن خارج می شود، از طریق لوله و داخل مخزنِ تخلیه می شود. درون مخزن تخلیه، بگونه ای ساخته شده تا انتقال حرارتش حداکثر باشد، تا نمک را به شکلی غیر فعال خنک نگاه دارد تا وقتی که بار حرارتی اش به تدریج کاهش یابد. در راکتورهای آب- خنک، معمولا باید برق برای نیروگاه فراهم باشد تا آب را در چرخش نگاه دارد تا مانع از فروگداخت شود، همانطور که در ژاپن دیدیم. اما در این راکتور، اگر برق راکتور قطع شود، خودش به تنهایی خاموش می شود، بدون نیاز به دخالت انسان، و خودش را در شرایطی امن و کنترل شده قرار می دهد.
Now, this was sounding pretty good to me, and I was excited about the potential of using a liquid fluoride reactor to power a lunar community. But then I learned about thorium, and the story got even better. Thorium is a naturally occurring nuclear fuel that is four times more common in the Earth's crust than uranium. It can be used in liquid fluoride thorium reactors to produce electrical energy, heat and other valuable products. It's so energy-dense that you could hold a lifetime supply of thorium energy in the palm of your hand. Thorium is also common on the Moon and easy to find. Here's an actual map of where the lunar thorium is located. Thorium has an electromagnetic signature that makes it easy to find, even from a spacecraft.
این موضوع به نظرم خیلی خوب آمد، و امکان استفاده از یک راکتور فلوراید مایع هیجان زده ام کرده بود تا جامعه ای روی ماه را نیرو دهد. اما بعدا با توریم آشنا شدم و این داستان حتی بهتر هم شد. توریم یک سوخت هسته ای طبیعی است که چهار برابر اورانیوم در پوسته زمین وجود دارد. و می تواند در راکتورهای فلوراید توریم مایع برای تولید انرژی الکتریکی، گرمایی و دیگر چیزهای ارزشمند استفاده شود. آنقدر چگالی انرژی آن بالا است که می توانید ذخیره یک عمر انرژی توریم را در کف دستتان نگه دارید. توریم روی ماه هم زیاد و پیدا کردنش راحت است. این نقشه ای واقعی از مکان هایی است که توریم روی ماه قرار دارد. توریم مشخصه ای الکترومغناطیسی دارد که پیدا کردنش را راحت می کند، حتی از یک سفینه فضایی.
With the energy generated from a liquid fluoride thorium reactor, we could recycle all of the air, water and waste products within the lunar community. In fact, doing so would be an absolute requirement for success. We could grow the crops needed to feed the members of the community even during the two-week lunar night, using light and power from the reactor. It seemed like the liquid fluoride thorium reactor, or LFTR, could be the power source that could make a self-sustainable lunar colony a reality.
با انرژی تولید شده از یک راکتور فلوراید توریم مایع، می توانیم کل هوا، آب و ضایعات تولید شده در یک جامعه روی ماه را بازیافت کنیم. در واقع، این کار برای موفقیت الزامی است. می توانیم محصولات مورد نیاز برای تغذیه افراد جامعه را حتی در طول شب های دو هفته ای ماه، با استفاده از نور و انرژی این راکتور پرورش دهیم. به نظر می رسد که راکتور فلوراید توریم مایع، یا LFTR، می تواند انرژی مورد نیاز برای ایجاد یک جامعه خودکفا در ماه را واقعا تامین کند.
But I had a simple question: If it was such a great thing for a community on the Moon, why not a community on the Earth, a community of the future, self-sustaining and energy-independent? The same energy generation and recycling techniques that could have a powerful impact on surviving on the Moon could also have a powerful impact on surviving on the Earth. Right now, we're burning fossil fuels because they're easy to find and because we can. Unfortunately, they're making some parts of our planet look like the Moon. Using fossil fuels entangles us in conflict in unstable regions of the world and costs money and lives.
اما من سوالی ساده دارم: اگر این چیزی به این خوبی برای جامعه ماه است، چرا جوامع روی زمین، جوامع آینده، خودکفا و غیر وابسته به انرژی نباشند؟ همان فناوری تولید انرژی و بازیافت که می تواند تاثیر بسزایی در بقای روی کره ماه داشته باشد همچنین می تواند تاثیر قدرتمندی در بقای روز زمین هم داشته باشد. همین حالا، ما سوخت های فسیلی می سوزانیم چون یافتنش راحت است و چون می توانیم متاسفانه، آنها بخش هایی از سیاره مان را شبیه ماه کرده اند. استفاده از سوخت های فسیلی در مبارزه ای در مناطق بی ثبات جهان درگیرمان کرده با هزینه های جانی و مالی.
Things could be very different if we were using thorium. You see, in a LFTR, we could use thorium about 200 times more efficiently than we're using uranium now. And because the LFTR is capable of almost completely releasing the energy in thorium, this reduces the waste generated over uranium by factors of hundreds, and by factors of millions over fossil fuels. We're still going to need liquid fuels for vehicles and machinery, but we could generate these liquid fuels from the carbon dioxide in the atmosphere and from water, much like nature does. We could generate hydrogen by splitting water and combining it with carbon harvested from CO2 in the atmosphere, making fuels like methanol, ammonia, and dimethyl ether, which could be a direct replacement for diesel fuels. Imagine carbon-neutral gasoline and diesel, sustainable and self-produced.
اگر از توریم استفاده می کردیم اوضاع می توانست بسیار متفاوت باشد. ببینید، در یک LFTR، می توان توریم را ۲۰۰ برابر موثرتر استفاده کرد از اورانیومی که امروزه استفاده می شود. چون LFTR توانایی آزاد کردن تقریبا تمامی انرژی موجود در توریم را دارد، این امر پسماند تولید شده از اورانیم را با ضریب صدها، و در مقایسه با سوخت های فسیلی با ضریب میلیون ها کاهش می دهد. هنوز شاید نیاز به سوخت مایع در خودروها یا ماشین آلات باشد، اما می شود این سوخت های مایع را از دی اکسید کربن موجود در اتمسفر و از آب، خیلی شبیه به طبیعت تولید کرد. می توان با تجزیه آب هیدروژن تولید کرد و با ترکیب با کربنی که از اتمسفر تهیه می شود، سوخت هایی مانند متانول، آمونیاک و دی متیل اتر تولید کرد، که می توانند مستقیما جایگزین سوخت های دیزل شوند. بنزین و گازوئیل با کربن خنثی را تصور کنید، پایدار و خود-تولید.
Do we have enough thorium? Yes, we do. In fact, in the United States, we have over 3,200 metric tons of thorium that was stockpiled 50 years ago and is currently buried in a shallow trench in Nevada. This thorium, if used in LFTRs, could produce almost as much energy as the United States uses in three years. And thorium is not a rare substance, either. There are many sites like this one in Idaho, where an area the size of a football field would produce enough thorium each year to power the entire world.
آیا توریم به اندازه کافی داریم؟ بله، داریم. در واقع در ایالات متحده، ما بیش از ۳۲۰۰ تن مکعب توریم داریم که ۵۰ سال پیش انبار کرده ایم که هم اکنون در کانالی کم عمق در نوادا دفن شده اند. اگر این توریم را در LFTR ها استفاده کنیم، می تواند انرژی مورد نیاز ایالات متحده را برای سه سال تامین کند. و توریم ماده ای کمیاب هم نیست. سایتهای بسیاری مثل این در آیداهو هم وجود دارند، که محل هایی در اندازه یک زمین فوتبال می تواند توریم مورد نیاز یک سال نیاز انرژی جهان را تولید کند.
Using liquid fluoride thorium technology, we could move away from expensive and difficult aspects of current water-cooled, solid-fueled uranium nuclear power. We wouldn't need large, high-pressure nuclear reactors and big containment buildings that they go in. We wouldn't need large, low-efficiency steam turbines. We wouldn't need to have as many long-distance power transmission infrastructure, because thorium is a very portable energy source that can be located near to where it is needed. A liquid fluoride thorium reactor would be a compact facility, very energy-efficient and safe, that would produce the energy we need day and night, and without respect to weather conditions. In 2007, we used five billion tons of coal, 31 billion barrels of oil and five trillion cubic meters of natural gas, along with 65,000 tons of uranium to produce the world's energy. With thorium, we could do the same thing with 7,000 tons of thorium that could be mined at a single site.
با استفاده از فناوری فلوراید توریم مایع، می توانیم از مشخصات سخت و پرهزینه نیروگاه های هسته آب-خنک با سوخت اورانیم جامد جدا شویم. دیگر نیازی به راکتورهای بزرگ و پر فشار و بناهای مهار بزرگی که دورش باشد نخواهد بود. نیازی به توربین های بخار با کارایی پایین نخواهیم داشت. نیازی نخواهیم داشت به این همه زیرساخت های انتقال نیرو، چون توریم منبع انرژی بسیار قابل حملی است و می تواند نزدیک به هر جایی که نیاز است باشد. راکتور فلوراید توریم مایع تاسیساتی جمع و جور است، با کارایی بالای انرژی و امن، که می تواند انرژی مورد نیاز ما در شب و روز را فراهم کند، بدون توجه به شرایط آب و هوا. در سال ۲۰۰۷، ما ۵ میلیارد تن زغال سنگ مصرف کردیم، ۳۱ میلیارد بشکه نفت و پنج تریلیون متر مکعب گاز طبیعی، همراه با ۶۵,۰۰۰ تن اورانیوم تا انرژی جهان را تامین کنیم. با استفاده از توریم می توانیم همین کار را با ۷,۰۰۰ تن توریم که از یک محل استخراج شود انجام دهیم.
If all this sounds interesting to you, I invite you to visit our website, where a growing and enthusiastic online community of thorium advocates is working to tell the world about how we can realize a clean, safe and sustainable energy future, based on the energies of thorium.
اگر اینها برایتان جالب است، شما را به بازدید ازسایت اینترنتی مان دعوت می کنم، محلی که یک جمعیت در حال رشد و مشتاق از طرفداران توریم مشغول فعالیت برای بیان این موضوع به جهان هستند که چطور می توان آینده ای ایمن، تمیز و پایدار، بر پایه انرژیهای توریم بوجود آورد.
Thank you very much. (Applause)
خیلی متشکرم. (تشویق حضار)