The object of research, development or design (in Russian) : Объектами исследования в работе являются современные технологии производства электрической и тепловой энергии с использованием альтернативного ядерного топлива – радиоактивного тория, промышленные запасы тория в Казахстане и мире, математическое моделирование ядерных реакторов, а также экологические аспекты влияния радиоактивных элементов на окружающую среду.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу нысандары ретінде альтернативті ядролық отын – радиоактивті торийді пайдалану арқылы электр және жылу энергиясын өндірудің қазіргі технологиялары, Қазақстандағы және әлемдегі торий өнеркәсіптік қорлары, ядролық реакторларды математикалық модельдеу және радиоактивті элементтердің қоршаған ортаға әсерінің экологиялық аспектілері қарастырылды.

Aim of work (in Russian) : Проведение комплекса научных исследований потенциала и перспективы создания в Республике Казахстан безопасной ториевой атомной электростанции.

Aim of work (in Kazakh) : Қазақстан Республикасында қауіпсіз торий атом электр станциясын құрудың әлеуеті мен перспективалары бойынша ғылыми зерттеулер кешенін жүргізу.

Методы исследования (на русском) : Первичные сведения собраны на основе литературных и фактических данных научных изданий, профильных и отраслевых ведомств. Численный анализ тепловых, гидравлических и механических характеристик ториевого реактора с жидкой водой в качестве теплоносителя осуществлен в среде COMSOL Multiphysics® с использованием интерфейсов Heat Transfer in Solids, Fluid Flow, Solid Mechanics и Partial Differential Equations (PDE). Для нейтронно-физических расчётов использовался программный комплекс OpenMC, основанный на методе Монте-Карло N-частиц (MCNP). Описание внешнего источника нейтронов проводилось с использованием код GEANT4 (Geometry and Tracking). COMSOL Multiphysics 6.3 для описания процессов ионообменной адсорбции тория Экспериментальные исследования: Nitrogen Porosimeter и Mercury Intrusion Porosimeter POREMASTER-60; ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry); HP ICS.

Методы исследования (на казахском) : Бастапқы деректер ғылыми басылымдардан, мамандандырылған агенттіктерден және салалық агенттіктерден алынған әдебиеттер мен нақты деректер негізінде жиналды. Сұйық суды салқындатқыш ретінде пайдаланатын торий реакторының жылулық, гидравликалық және механикалық сипаттамаларының сандық талдауы COMSOL Multiphysics® бағдарламасында қатты денелердегі жылу алмасу, сұйықтық ағыны, қатты дене механикасы және ішінара дифференциалдық теңдеулер (PDE) интерфейстерін қолдана отырып жүргізілді. Нейтрондық есептеулер үшін Монте-Карло N-бөлшектері (MCNP) әдісіне негізделген OpenMC бағдарламалық пакеті пайдаланылды. Сыртқы нейтрон көзі GEANT4 (Геометрия және бақылау) кодын пайдаланып сипатталды. Торий ион алмасу адсорбция процестерін сипаттау үшін COMSOL Multiphysics 6.3 қолданылды. Эксперименттік зерттеулер: Азот порозиметрі және сынап интрузиясының порозиметрі POREMASTER-60; ICP-MS (Индуктивті түрде байланысты плазмалық массалық спектрометрия); HP ICS. Bastapqı derekter ğılımï basılımdardan, mamandandırılğan agenttikterden jäne salalıq

Obtained results and novelty (in Russian) : Впервые проведена оценка перспектив использования отходов монацита Казахстана для ториевой энергетики с учётом ядерно-физических свойств промышленных отвалов редкоземельных элементов. Показана возможность извлечения тория из минерального сырья с применением современных гидрометаллургических технологий, запатентован способ вскрытия монацитовых концентратов. Выполнен критический анализ конструкций и ядерно-физических решений ториевых реакторов в странах-производителях, а также собственные расчёты безопасности тяжеловодных реакторов на ториевом топливе с учётом термогидравлики и мультифизических факторов. На основе концепции К. Руббиа разработан метод ускорения ионов с использованием углеродных нанотрубок на пьезоэлектрической подложке, что обеспечивает управляемый запуск и остановку ядерного процесса и повышает уровень безопасности. Подана заявка на патент РК. Созданы основы математического моделирования ториевого реактора и выполнены расчёты сорбции ионов тория на диатомите и других сорбентах с учётом рН, температуры и свойств среды.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Алғаш рет өнеркәсіптік сирек кездесетін жер элементтері қалдықтарының ядролық-физикалық қасиеттерін ескере отырып, Қазақстанның монацит қалдықтарын торий энергиясы үшін пайдалану мүмкіндігін бағалау жүргізілді. Заманауи гидрометаллургиялық технологияларды қолдана отырып, минералды шикізаттан торий алу мүмкіндігі көрсетілді және монацит концентраттарын қалпына келтіру әдісі патенттелді. Өндіруші елдердегі торий реакторларының конструкциялары мен ядролық-физикалық шешімдеріне сыни талдау жүргізілді, сонымен қатар термиялық-гидравлика және мультифизикалық факторларды ескере отырып, торий отынымен жұмыс істейтін ауыр су реакторлары үшін меншікті қауіпсіздік есептеулері жүргізілді. К. Руббияның тұжырымдамасына сүйене отырып, пьезоэлектрлік субстраттағы көміртекті нанотүтікшелерді пайдаланып иондарды үдетудің әдісі жасалды, бұл ядролық процесті бақыланатын іске қосуды және тоқтатуды қамтамасыз етеді және қауіпсіздікті жақсартады. Қазақстан Республикасының патентіне өтінім берілді. Торий реакторын математикалық модельдеудің негізі жасалды және рН, температура және қоршаған орта қасиеттерін ескере отырып, диатомит пен басқа сорбенттерге торий иондарының сорбциясын есептеулер жүргізілді.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Гидрометаллургические методы — кислотный обжиг H₂SO₄ и щелочной «крэкинг» NaOH — обеспечивают извлечение редкоземельных элементов более 80% и тория до 90%, при соблюдении радиационной безопасности. Экономическая эффективность зависит от содержания монацита в тяжёлых минералах, логистики и доступа к ресурсам. Казахстан имеет уникальные запасы — до 44% редких металлов и тория в рудных и техногенных материалах, что значительно выше, чем в КНР (~1%). Потенциально возможно получать до 90 000 т тория в год из титановых песков и до 13 т из золы ТЭС, что делает технологию рентабельной при умеренных затратах. Предлагается этапное внедрение: геологоразведка и анализ 200–300 точек, запуск пилотной линии 1–5 т/ч и гидрометаллургического передела 50–200 кг/сут концентрата. Казахстан располагает развитой инфраструктурой, опытом обращения с радиоактивными материалами и научным потенциалом, что позволяет интегрировать ториевое топливо с проектами маломодульных (SMR) и расплав-солевых (MSR) реакторов. Совместно с Copenhagen Atomics создаётся компактный реактор на Th-232 без дозагрузки урана, отличающийся высокой нейтронной эффективностью, пассивной безопасностью и низкой стоимостью электроэнергии — около 20 $/МВт•ч к 2035 году.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Гидрометаллургиялық әдістер – H₂SO₄-пен қышқылмен күйдіру және NaOH-пен сілтілі «крекинг» – радиациялық қауіпсіздікті сақтай отырып, сирек кездесетін жер элементтерінің 80%-дан астамын және торийдің 90%-ға дейін алынуын қамтамасыз етеді. Экономикалық тиімділік ауыр минералдардың монацит құрамына, логистикаға және ресурстарға қолжетімділікке байланысты. Қазақстанда бірегей қорлар бар – кен мен жасанды материалдардағы сирек кездесетін металдар мен торийдің 44%-ға дейін, бұл Қытайға қарағанда айтарлықтай жоғары (~1%). Әлеуетті түрде, титан құмдарынан жылына 90 000 тоннаға дейін және жылу электр станцияларының күлінен 13 тоннаға дейін торий алуға болады, бұл технологияны орташа шығынмен тиімді етеді. Кезең-кезеңмен енгізу ұсынылады: 200-300 учаскені геологиялық барлау және талдау, сағатына 1-5 тонна қуаттылықтағы пилоттық желіні іске қосу және тәулігіне 50-200 кг концентратты гидрометаллургиялық өңдеу. Қазақстанда дамыған инфрақұрылым, радиоактивті материалдарды өңдеу тәжірибесі және ғылыми әлеует бар, бұл торий отынын шағын модульді реактор (SMR) және балқытылған тұз реакторы (MSR) жобаларына біріктіруге мүмкіндік береді. Copenhagen Atomics компаниясымен бірлесіп, уранды қайта зарядтамай, ықшам Th-232 реакторы жасалуда. Бұл реактор жоғары нейтрондық тиімділікпен, пассивті қауіпсіздікпен және төмен электр энергиясы шығындарымен ерекшеленеді — 2035 жылға қарай шамамен 20 АҚШ доллары/МВт/сағ.

Level of implementation (in Russian) : Полученные результаты имеют прикладной и инновационный характер и формируют научно-технологическую основу для развития ториевой энергетики в Казахстане. Впервые проведена комплексная оценка возможностей использования промышленных отходов монацита в качестве сырья для ториевого топливного цикла, разработан и запатентован способ вскрытия монацитовых концентратов, пригодный для промышленного применения. Выполнены собственные расчёты безопасности тяжеловодных реакторов на ториевом топливе, разработана оригинальная математическая модель сорбции ионов тория на природных сорбентах, а также предложен новый способ ускорения ионов на основе пьезоэлектрических наноструктур, прошедший патентную подачу. Полученные результаты могут быть внедрены в проектирование и моделирование систем ядерной безопасности, процессы переработки ториевого сырья и создание прототипов ускорительно-поддерживаемых реакторов нового поколения.

Level of implementation (in Kazakh) : Алынған нәтижелер практикалық және инновациялық сипатта болып табылады және Қазақстанда торий энергиясын дамытудың ғылыми-технологиялық негізін құрайды. Алғаш рет өнеркәсіптік монацит қалдықтарын торий отын циклі үшін шикізат ретінде пайдалану әлеуетін кешенді бағалау жүргізілді, сондай-ақ өнеркәсіптік қолдануға жарамды монацит концентраттарын қалпына келтіру әдісі әзірленіп, патенттелді. Торий отынын пайдаланатын ауыр су реакторлары үшін ішкі қауіпсіздік есептеулері жүргізілді, табиғи сорбенттерде торий иондарын сорбциялаудың түпнұсқа математикалық моделі әзірленді және патенттелген пьезоэлектрлік наноқұрылымдарға негізделген иондарды үдетудің жаңа әдісі ұсынылды. Алынған нәтижелерді ядролық қауіпсіздік жүйелерін жобалау мен модельдеуге, торий шикізатын өңдеу процестеріне және келесі буын үдеткіші бар реакторлардың прототиптерін жасауға енгізуге болады.

Efficiency (in Russian) : Проведённые исследования продемонстрировали потенциально высокую технологическую и экономическую эффективность и перспективы развития ториевого цикла в Казахстане. Гидрометаллургические методы — кислотный обжиг с H₂SO₄ и щелочной «крэкинг» NaOH — обеспечивают извлечение до 85–90 % тория и более 80 % редкоземельных элементов при соблюдении радиационной безопасности. Потенциал Казахстана достигает 90 000 т Th/год из титано-редкометалльных песков и до 13 т Th/год из золы ТЭЦ, что делает направление рентабельным при умеренных CAPEX. Разработаны и апробированы математические модели термогидравлики тяжеловодных реакторов и сорбционных процессов тория, что повышает точность расчётов и обоснованность инженерных решений. Совместно с Copenhagen Atomics создаётся трёхконтурный реактор MSR на ториевом топливе (Th-232), отличающийся высокой нейтронной эффективностью, воспроизводством U-233 и пассивной безопасностью. Модульная архитектура облегчает серийное производство и снижает затраты, а прогнозируемая себестоимость электроэнергии составляет около 20 $/МВт•ч к 2035 г., что делает технологию одной из самых экономичных и перспективных в мировой ядерной энергетике.

Efficiency (in Kazakh) : Жүргізілген зерттеулер Қазақстандағы торий циклінің жоғары технологиялық және экономикалық тиімділігі мен перспективалы даму перспективаларын көрсетті. Гидрометаллургиялық әдістер – H₂SO₄-пен қышқылмен күйдіру және NaOH-пен сілтілі «крекинг» – радиациялық қауіпсіздікті сақтай отырып, торийдің 85-90%-ға дейін және сирек кездесетін жер элементтерінің 80%-дан астамын алуға мүмкіндік береді. Қазақстанның әлеуеті титан-сирек кездесетін металл құмдарынан жылына 90 000 тонна Th/жылға және жылу электр станциясының (ЖЭС) күлінен жылына 13 тонна Th/жылға дейін жетеді, бұл тәсілді орташа КАПЕКС кезінде тиімді етеді. Ауыр су реакторларының жылу гидравликасы мен торий сорбция процестерінің математикалық модельдері әзірленіп, сынақтан өткізілді, бұл есептеулердің дәлдігін және инженерлік шешімдердің жарамдылығын арттырады. Copenhagen Atomics компаниясымен бірлесіп, біз жоғары нейтрондық тиімділік, U-233 сұрыптау және пассивті қауіпсіздікті қамтитын торий (Th-232) отынын пайдаланатын үш тізбекті MSR реакторын жасап жатырмыз. Модульдік архитектура сериялық өндірісті жеңілдетеді және шығындарды азайтады, 2035 жылға қарай электр энергиясының болжамды құны шамамен 20 АҚШ доллары/МВт/сағ құрайды, бұл технологияны әлемдік ядролық энергетикадағы ең үнемді және перспективалы технологиялардың біріне айналдырады.

Field of application (in Russian) : Результаты этих исследований открывают для Казахстана большие перспективы. Они могут стать основой для создания нового направления науки — ториевой энергетики и экологически безопасных ядерных технологий. Такие разработки могут быть продолжены в ведущих вузах и научных центрах страны — Nazarbayev University, НЯЦ РК, Институт проблем горения, Satbayev University, Карагандинский технический университет, где уже есть квалифицированные специалисты и лабораторная база. Технологии вскрытия монацитовых концентратов и извлечения тория дают возможность использовать собственное минеральное сырьё и развивать переработку редкоземельных элементов, что важно для экономики и технологической независимости. Разработанные модели реакторов и процессы сорбции тория помогут совершенствовать инженерные расчёты, прогнозировать экологические риски и создавать безопасные системы очистки. Кроме того, эти исследования помогут укрепить связи между наукой и промышленностью, запустить новые образовательные программы по ядерной инженерии и материалам ториевого цикла, а также привлечь молодёжь к перспективной и востребованной сфере — чистой энергетике будущего.

Field of application (in Kazakh) : Бұл зерттеудің нәтижелері Қазақстан үшін айтарлықтай перспективалар ұсынады. Олар ғылымның жаңа саласы - торий энергиясы және экологиялық таза ядролық технологиялар үшін негіз бола алады. Мұндай әзірлемелерді елдің жетекші университеттері мен ғылыми орталықтарында - Назарбаев университетінде, Қазақстан Республикасының Ұлттық ядролық орталығында, Жану проблемалары институты, Сәтбаев университетінде және Қарағанды техникалық университетінде - қазірдің өзінде білікті мамандары мен зертханалық базалары бар - жалғастыруға болады. Монацит концентраттарын ашу және торий алу технологиялары отандық минералды ресурстарды пайдалануға және экономика мен технологиялық тәуелсіздік үшін маңызды сирек кездесетін жер элементтерін өңдеуді дамытуға мүмкіндік береді. Әзірленген реактор модельдері мен торий сорбциялық процестері инженерлік есептеулерді жақсартуға, экологиялық тәуекелдерді болжауға және қауіпсіз тазарту жүйелерін жасауға көмектеседі. Сонымен қатар, бұл зерттеу ғылым мен өнеркәсіп арасындағы байланысты нығайтуға, ядролық инженерия және торий циклі материалдары бойынша жаңа білім беру бағдарламаларын іске қосуға және жастарды перспективалы және сұранысқа ие салаға - болашақтың таза энергиясына тартуға көмектеседі.