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.
Практически каждый в мире — часть какого-либо сообщества, большого или маленького. И каждое из этих сообществ имеет схожие потребности. Им нужен свет, им нужно тепло, им нужно кондиционирование. Люди не могут нормально работать, если очень жарко или очень холодно. Им нужно выращивать или получать пищу, распределять её и правильно хранить. Необходимо собирать отходы, удалять их и обрабатывать. Люди в сообществе должны иметь возможность перемещаться с места на место максимально быстро. И энергоснабжение является основой всех этих процессов. Энергия в виде электричества обеспечивает свет и кондиционирование. Энергия в виде тепла согревает нас. А химическая энергия обеспечивает удобрения, управляет сельскохозяйственной техникой и транспортом.
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.
Я 10 лет работал в НАСА. В 2000-м году, в начале моей карьеры там, я был сильно заинтересован сообществами. Но больше всего меня увлекала идея лунного сообщества. Оно бы имело те же потребности, что и земные сообщества, но обладало бы уникальными сдерживающими факторами. И нам бы пришлось думать, как обеспечить энергией это необычное сообщество. На Луне нет угля. Там нет нефти. Там нет природного газа. Там нет атмосферы. И ветра там тоже нет. Проблемы были бы и с солнечной энергией: Луна делает полный оборот вокруг Земли за один месяц. На две недели Солнце пропадает, и ваши солнечные панели не производят энергии. Вы могли бы зарядить батареи, чтобы их хватило на две недели, но это было бы непрактично. Так что атомная энергия была бы единственным вариантом.
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.
Тогда, в 2000-м, я мало знал об атомной энергии и я начал учиться. В атомной энергетике практически всегда используется вода в качестве охладителя. В этом есть свои преимущества, но есть и много недостатков. Для производства электричества вам нужно сделать воду гораздо горячее, чем обычно возможно. При нормальном давлении вода закипает при 100 градусах Цельсия. Этого совершенно недостаточно для эффективного производства электричества. И водоохлаждаемые реакторы работают при гораздо более высоком давлении, чем атмосферное давление. Некоторые водоохлаждаемые реакторы работают при давлении более 70 атмосфер, а некоторым приходится работать при давлении 150 атмосфер. Этого никак нельзя избежать. Это то, что необходимо делать при производстве электричества с помощью водоохлаждаемого реактора. Значит, вам нужно построить водоохлаждаемый реактор как сосуд под давлением, со стальными стенами толщиной более 20 см. Если это кажется тяжёлым — то так оно и есть.
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.
Всё станет гораздо хуже, если случится авария, и произойдёт потеря давления внутри реактора. Вода в жидком состоянии при температуре 300 градусов Цельсия в случае внезапной потери давления не останется жидкой надолго. Произойдёт паровой взрыв. Поэтому водоохлаждаемые реакторы строят в больших толстых бетонных зданиях, называемых защитной оболочкой, предназначенных удержать весь пар, который вырвался бы из реактора в случае аварии с потерей давления. Объём пара примерно в 1 000 раз превышает объём воды, поэтому защитная оболочка получается очень большой по сравнению с размером реактора.
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.
Ещё при потере давления и паровом взрыве, если вы не сможете обеспечить реактор аварийным охладителем — он перегреется и расплавится. В современных реакторах в качестве топлива используется оксид урана. Это керамический материал с характеристиками схожими с теми, которыми обладают керамические чашки или посуда, или кирпичи, из которых мы строим камины. Он химически стабилен, но не очень хорош для передачи тепла. Если вы теряете давление — вы теряете воду. Потом ваше топливо расплавится высвободив радиоактивные вещества.
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.
Производство твёрдого ядерного топлива — сложный и дорогой процесс. И из топлива получается извлечь менее одного процента энергии, пока оно может находится в реакторе. Водоохлаждаемые реакторы имеют ещё одно условие: им нужно находиться рядом с большими водоёмами, в которых пар будет охлаждаться и конденсироваться. Иначе они не смогут производить электричество. На Луне нет ни озёр, ни рек, так что, похоже, водоохлаждаемые реакторы не очень вписываются в лунное сообщество, приходится согласиться с вами.
(Laughter)
(Смех)
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.
Мне посчастливилось узнать о другой форме атомной энергии, которая не имеет всех этих проблем по простой причине: она независима от водяного охлаждения и не использует твёрдое топливо. Удивительно, но её основой является соль.
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.
Однажды я был у друга в офисе и я заметил книгу на полке: «Реакторы на жидком топливе». Я заинтересовался и попросил его одолжить мне её. Из книги я узнал об исследовании в Соединённых Штатах в 1950-х годах по типу реактора независимому от твёрдого топлива или от водяного охлаждения. Он не имел проблем водоохлаждаемого реактора благодаря весьма изящному решению. В качестве ядерного топлива использовалась смесь фторидных солей, а именно фторидов лития, бериллия, урана и тория. Фторидные соли необыкновенно химически стабильны. Они не вступают в реакцию с воздухом и водой. Вам нужно нагреть их примерно до 400 градусов Цельсия, чтобы они расплавились. Но это как раз идеально для выработки энергии в ядерном реакторе.
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.
А вот настоящая магия: им не нужно работать под высоким давлением. Это и есть главное различие — им не нужно находиться в толстых, тяжёлых стальных сосудах высокого давления, им не нужна вода в качестве охладителя, и в реакторе нет ничего, наподобие воды, что радикально бы меняло плотность. Так что защитная оболочка вокруг реактора может быть меньше и плотно подогнанной. В отличие от твёрдого топлива, плавящегося при отсутствии охлаждения, жидкое фтористое топливо расплавится при гораздо более низких температурах. При эксплуатации у вас имеется маленькая пробка в нижней части корпуса реактора. Эта пробка сделана из замороженной соли, остающейся замёрзшей из-за холодного газа, поступающего через трубу. В случае аварии и потери энергоснабжения на атомной станции — газ перестаёт поступать, замороженная соляная затычка плавится, и жидкое фтористое топливо реактора вытекает по трубе из корпуса в сосуд называемый «сливной бак». Сливной бак настроен так, чтобы максимально ускорить отвод тепла и пассивно дать соли охладиться постепенно уменьшая её температуру. В случае водоохлаждаемых реакторов вы должны снабжать станцию энергией, чтобы обеспечить циркуляцию воды и избежать катастрофы, как было в Японии. Но в нашем реакторе, в случае потери энергообеспечения, он отключается самостоятельно без вмешательства человека и переходит в безопасный и контролируемый режим.
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.
Мне это всё понравилось, и я был взволнован возможностями использования жидкосолевого реактора в энергообеспечении Луны. Потом я узнал о тории, и всё стало вообще замечательно. Торий — это природное ядерное топливо, которое встречается в земной коре в четыре раза чаще, чем уран. Он применим в реакторах на жидком фториде тория для выработки электричества, тепла и прочих ценных продуктов. Содержание энергии в нём настолько высоко, что её пожизненный запас поместится у вас в руке. Торий часто встречается на Луне, и его легко найти. Вот карта месторождений лунного тория. Он имеет электромагнитное поле, и его легко обнаружить даже из космоса.
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.
Реактор на жидком фториде тория даст достаточно энергии, чтобы мы смогли перерабатывать воздух, воду и отходы в нашем лунном сообществе. Строго говоря, это будет абсолютно необходимо, если мы хотим преуспеть. Мы сможем выращивать зерно, нужное для пропитания сообщества, даже во время двухнедельной лунной ночи, используя свет и энергию от реактора. Похоже, что реактор на жидком фториде тория, или LFTR, это источник энергии, который сделал бы автономную лунную колонию реальностью.
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.
Но у меня возник простой вопрос: если это так хорошо подходит для сообщества на Луне — может, это подойдёт и для земного сообщества, сообщества будущего, автономного и энергонезависимого? Те же методы производства и переработки энергии, от которых бы зависело выживание на Луне, могли бы играть ключевую роль и в выживании на Земле. Мы используем ископаемое топливо, потому что его легко найти, и потому что мы можем. К сожалению, это делает некоторые части нашей планеты похожими на Луну. Использование ископаемого топлива рождает конфликты в нестабильных регионах планеты, стоит денег и жизней.
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.
Всё было бы иначе, если бы мы использовали торий. В LFTR мы бы использовали торий примерно в 200 раз более эффективно, чем в случае с ураном. И так как LFTR способны практически полностью высвободить энергию из тория — мы бы уменьшили выброс отходов в сотни раз, по сравнению с ураном, и в тысячи раз, по сравнению с ископаемым топливом. Нам всё ещё было бы нужно жидкое топливо для машин и механизмов, но мы могли бы производить его из атмосферного углекислого газа, или из воды, как это происходит в природе. Мы бы производили водород, расщепляя воду, а его реакция с углеродом, получаемым из атмосферного CO2, давало бы нам топливо, такое как метанол, аммиак и диметиловый эфир, что могло бы стать прямой заменой дизельному топливу. Вообразите бензин и дизель с нулевым выбросом двуокиси углерода, Устойчивый и самовоспроизводимый.
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.
Достаточно ли у нас тория? Достаточно. В Соединённых Штатах имеется более 3 200 тонн тория, запасённых 50 лет назад и в настоящее время неглубоко закопанных в Неваде. Если использовать этот торий в LFTR, то мы получим столько энергии, сколько потребляется в США в течение трёх лет. И торий вовсе не редкое вещество. Существует много мест, как это в Айдахо, где участок размеров футбольного поля даст каждый год столько тория, сколько будет нужно всему миру.
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.
Использование жидкого фторида тория поможет нам отказаться от дороговизны и сложностей атомных станций, основанных на водяном охлаждении и твёрдом уране. Нам не будут нужны большие атомные реакторы высокого давления и громоздкая защитная оболочка вокруг них. Не будут нужны массивные паровые турбины с низким КПД. Нам не будет нужно такое количество линий электропередач, потому что торий весьма портативный источник энергии и может находится там, где он нужен. Реактор на жидком фториде тория был бы компактной установкой, энергоэффективной и безопасной, снабжающей нас энергией днём и ночью, независимо от погодных условий. В 2007-м мы использовали пять миллиардов тонн угля, 31 миллиард баррелей нефти, пять триллионов кубических метров природного газа и 65 000 тонн урана, чтобы обеспечить Землю энергией. Такого же эффекта мы могли бы достичь использовав 7 000 тонн тория, добытых всего лишь из одной шахты.
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.
Если вас всё это заинтересовало — приглашаю вас посетить наш сайт, на котором растущее онлайн сообщество активных сторонников тория работает над идеей реализации чистой, безопасной и стабильной энергии будущего, основанной на тории.
Thank you very much. (Applause)
Благодарю вас. (Аплодисменты)