Thorium-energi

Thorium-energi

I et af forslagene til ny, 4. generations a-kraft er det meningen at bruge thorium som råstof frem for uran. Da thorium findes mange steder i verden, bl.a. i Norge og på Grønland, er det nemt at få adgang til. Det er svagt radioaktivt og bruges derfor generelt ikke til ikke-atomkraft formål.

Thorium skal omdannes til uran-233

Thorium er ikke fissilt, dvs. det kan ikke spaltes ved en atomkernereaktion, som nogle uran-isotoper og plutonium kan. Det kan derfor ikke bruges i en atomkraftreaktor. Til gengæld kan det ved bestråling med neutroner omdannes til uran-233, der er en temmelig radioaktiv uran-isotop, som kan spaltes i en reaktor, eller i en atombombe, under stor energiudvikling. Uran-233 er således fissilt ligesom det normale atomkraftbrændsel uran 235 og plutonium. Uran-233 findes ikke i naturen, da den henfalder så hurtigt ved radioaktivt henfald, at hvad der måtte have været ved jordens dannelse er omdannet til andre stoffer.

Formeringsreaktor

Thorium kan omdannes til uran 233 i en reaktor. Bedst er en formeringsreaktor, hvor der ikke bruges vand som kølemiddel, da vand optager mange af neutronerne fra kerneprocessen. I stedet kan f.eks. bruges et smeltet metal eller et smeltet salt. Alternativt kan omdannelsen fra thorium til uran 233 ske med neutroner fra en accelerator med el som energikilde. En accelerator bruger en del energi, og er et komplicerende element, sammenlignet med et koncept, hvor den samme reaktor kan bruges til bestråling af thorium og brug af uran-233.

Større sikkerhed er påkrævet

Ved processen, hvor thorium bestråles med neutroner, produceres en lille del uran 232, som er meget radioaktivt, hvilket komplicerer behandlingen af den producerede uran og stiller væsentligt øgede krav til sikkerhed. Generelt skal uran 233 oparbejdes ved at reducere mængden af uran 232, før det kan bruges i f.eks. en reaktor. Det skal gøres i et særligt anlæg, svarende til de berigningsanlæg, der anvendes til at øge andelen af uran-235 i atombrændsel i naturligt uran, hvor den største del er uran-238. Men ved adskillelse af uran-233 og uran 232 er materialerne langt mere radioaktive, og et anlæg skal derfor være mere sikkert og mere automatisk.

Dårlige erfaringer

Erfaringerne med formeringsreaktorer er ikke gode: USA, Frankrig, Tyskland og andre lande har haft store programmer med formeringsreaktorer og har opgivet dem igen. I dag er der kun en formeringsreaktor i gang i Rusland. Erfaringerne var, at de var dyre og havde store driftsproblemer. Den russiske formeringsreaktor har heller ikke en høj driftsstabilitet.
De fleste formeringsreaktorer har brugt flydende natrium som kølemiddel; men det er et svært materiale at arbejde med, da det brænder ved kontakt med luftens ilt, eksploderer ved kontakt med vand og er stift ved stuetemperatur. Gasreaktorer kræver et meget stort flow af gas, da gas har lav varmeledningsevne. Reaktorer med smeltet salt kræver særlige materialer, da smeltet salt er meget korrosivt.

Affaldsproblem i USA

Der har været et forsøg med en reaktor med smeltet salt med thorium, the Molten-Salt Reactor Experiment (MSRE) ved Oak Ridge National Laboratory, 1965-69. Reaktoren var i drift ca. 1/3 af tiden i de 4 år eksperimentet varede. Siden har der været en række statslige programmer for thorium-uran233 reaktorer, bl.a. i USA, England, og Rusland. De blev afsluttet før 1990 uden at lede til udvikling af en kommerciel reaktor. En uheldig bi-effekt ved USAs program var produktion af to tons uran 233, som nu udgør et ubehageligt affaldsproblem for USA.

Norge laver forsøg

Siden er thorium-uran233 reaktorer taget med i udviklingsprogrammet for generation 4 reaktorer [LINK TIL SIDE OM GENERATION 4] og bl.a. USA´s stat har støttet projekter. Også Indien har et thorium-uran233 program, som dog så vidt vides ikke er kommet til det stadie, hvor uran233 faktisk driver en reaktor. Desuden laver Norge forsøg med at bestråle thorium for at danne uran 233. Der er dog kun tale om få gram, som er ved at blive bestrålet i den lille norske Halden forsøgsreaktor.

Seaborg Technologies

Der er en række firmaer, samt arbejder med koncepter for thorium – uran 233 reaktorer fra bl.a. USA, Japan, Rusland og Danmark. I Danmark er der tale om det lille firma “Seaborg Technologies”, opkaldt efter Mr. Seaborg, der i 1946 for første gang teoretisk skitserede muligheden for atomkraft baseret på thorium-omdannelse til uran 233.
De danske Seaborg Technologies forestiller sig en reaktor, hvor det fissile materiale indgår i en blanding af smeltet salt, som skal cirkulere i en grafitkerne, hvor kernereaktionerne skal foregå. Det radioaktive smeltede salt skal herefter passere en varmeveksler, hvor varmen afgives til en kreds med ikke-radioaktivt smeltet salt, hvorfra varmen ledes til et vandkredsløb med dampgenerator og turbine til elproduktion. En delstrøm af det radioaktive salt skal ledes gennem et “renseanlæg”, hvor producerede affaldsstoffer fjernes og hvor nyt atombrændsel kan tilsættes. Konceptet minder en del om ovennævnte Molten-Salt Reactor Experiment.

Plutoniumaffald

Det er tanken, at Seaborgs reaktor skal drives af plutonium, mens thorium som en del af saltblandingen bliver bestrålet og over en længere årrække omdannes til uran-233. Derfor kaldes konceptet også en “waste-burner”, idet der reduceres plutonium, som der findes en del af både fra a-kraftværker og fra skrottede atombomber. Dette plutonium udgør et affaldsproblem i bl.a. USA og Frankrig.
Selvom der er principielle fordele ved en atomkraftreaktor med smeltet salt frem for vand, f.eks. kan den arbejde uden overtryk, har teknologien, incl. Seaborgs design en række problemer. Der kan bl.a.nævnes:

  • det meget giftige plutonium skal fordeles i et stort volumen af smeltet salt, som vil udgøre et stort affaldsproblem, specielt, hvis der sker uheld med reaktoren og det indbyggede rensesystem ikke kan bruges, da det radioaktive salt smelter ved godt 500’C.
  • der dannes det radioaktive tritium ved processen
  • kernen med grafit er brandfarlig ved kontakt med ilt, så reaktoren skal holdes iltfri for at sikre mod nedbrydning og evt. brand. Det har været et problem ved formeringsreaktorer, hvor der jævnligt har været brande ved kontakt mellem deres natrium-kredsløb og indtrængende ilt. Også i Tjernobyl-katastrofen var branden i grafitkernen med at til øge katastrofens omfang.
  • rensesystemet til det radioaktive salt er ikke udviklet, hvilket er en af de teknologiske barrierer for at realisere anlægget.
  • smeltet salt ved høje temperaturer er meget korrosivt og kan i uheldige tilfælde gennemhulle reaktoren ved korrosion. Konkret forestiller Seaborg sig at bruge et specialmateriale til rør og reaktorvægge, Hastalloy – N, som sandsynligvis ikke er korrosionsresistant overfor det smeltede salt over 700’C. I i Seaborgs design skal det bruges op til 900’C. I det tidligere Molten-Salt Reactor Experiment blev også brugt Hastalloy-N; men temperaturen blev holdt på 650’C.
  • den foreslåede reaktor vil være en meget langsom måde at fjerne plutonium på, først efter 60 år vil det første ton plutonium være omdannet. Den planlagte levetid for de forsøgsreaktorer, som Seaborg forsøger at skaffe midler til er 4 og 10 år.

Med disse og en række andre problemer kan det forventes at tage meget land tid før en kommerciel throrium-uran233 reaktor kan realiseres. USA’s statsrevisorer “General Accounting Office” vurderer at design og tilladelser vil tage væsntligt længere end de omkring 15 år det tager at udvikle og få tilladelse til en “almindelig” reaktor og omkostningerne vil være 1-2 milliarder US$. Først derefter kan den første kommercielle reaktor bygges af den nye type. www.gao.gov/assets/680/671686.pdf

Thorium, uran og atombomber

Uran-233 kan ligesom uran 235 og plutionum bruge til atombomber. USAs militær gennemførte i april 1955, som en del af et atomvåbentestprogram “Operation Teapot” en atomsprængning med en uran-233 kerne og med en sprængkraft på 22 kiloton TNT. Det svarer til omkring 1,5 gange Hiroshima-bomben.
Jo mere uran-233, der bliver produceret, f.eks. fra Thorium, jo større er risikoen for at det bliver brugt til bomber.

Vores konklusion

Samlet finder VedvarendeEnergi at der er store problemer, risici og omkostninger ved at udvikle en thorium-uran233 reaktor og at tidsperspektivet er alt for langt til at de vil få nogen betydning for den aktuelle indsats for at reducere drivhusgasudledninger fra fossile brændsler. Også til reduktion af overskydende plutonium er teknologien en kompliceret og langsom metode. Det gælder også Seaborg Technologies forslag, som ydermere har den svaghed at der ikke er praktisk erfaring med atomkraft i Danmark, og dermed ikke en erfaringsbase at trække på.

VedvarendeEnergi