Thorium: Fremtidens atomkraft?
Kina og Indien vil udvikle atomkraftværker drevet af thorium, som findes i større mængder end uran og giver mindre farligt atomaffald.
Reaktorrummet i en af de første thoriumreaktorer, den amerikanske Molten-Salt Reactor Experiment fra 1965. Fremtidens kinesiske thorium-reaktorer er også planlagt til at bruge smeltet salt som kølemiddel. (Foto: US Government)

Grundstoffet thorium kan blive fremtidens atombrændstof.

Indien har de næststørste thoriumforekomster efter Australien, og landet satser på at udvikle adskillige thoriumkraftværker.

En forsøgsreaktor skal stå færdig i år, og fem mere skal bygges og stå færdige inden 2017. Det skriver atomkraftindustriens organisation World Nuclear Association.

Kina satser også på thoriumkraftværker. I en pressemeddelelse fra det kinesiske atomkraftselskab SNPTC fra februar i år hedder det, at thoriumbaserede reaktorer vil blive en vigtig del af energiforsyningen.

Men hvorfor er thorium blevet et slags slagord for tilhængere af kernekraft. En vigtig årsag er den såkaldte Rubbia-reaktor. Den blev lanceret af en italiensk fysiker med stor faglig tyngde og prestige, Carlo Rubbia.

Rubbias thorium-reaktor adskiller sig markant fra andre reaktorer. Den lover idiotsikker drift, mindre farlig affald og endda muligheden for at destruere det atomaffald, som i forvejen findes.

Eksperter mener dog, at sikkerhedsgevinsten er marginal i forhold til andre nye konstruktioner. De kan drives både med thorium og uranbaseret brændstof.

Det, der alligevel sætter thorium i et positivt lys, er den lavere produktion af atomaffald sammen med den specielle affaldshåndtering i Rubbia-reaktoren.

Og – ikke mindst – de store forekomster af thorium. Der findes således fire gange så meget thorium i jorden som uran.

Opkaldt efter Thor

Grundstoffet thorium er opkaldt efter den nordiske tordengud Thor.

Naturligt thorium er næsten ikke radioaktivt, og den almindeligste form af thorium er umulig at spalte. Så hvordan kan thorium bruges til atomkraft?

»Det er ikke thorium i sig selv, der spaltes. Thorium er bare det første stof i en kæde af kernereaktioner, som kaldes thorium-cyklussen. Slutproduktet er uran-233. Det er dette stof, som spaltes og giver energi,« fortæller Sunniva Rose, der er ph.d.-studerende i reaktorfysik ved Universitetet i Oslo.

Den vigtigste forskel mellem uran-233 og uranspaltningen i almindelige atomreaktorer er slutprodukterne.

Mindre affald og bedre udnyttelse

»I en almindelig reaktor har atomkernerne større sandsynlighed for at indfange neutronerne, så uranen bliver omdannet til såkaldte transuraner,« fortæller Sunniva Rose.

Transuraner er grundstoffer, som kan være radioaktive i op til flere hundrede tusinde eller millioner af år. Det er disse transuraner, som er vanskelige at finde sikre opbevaringssteder til.

»Uran-233 har derimod meget større sandsynlighed for at blive spaltet, når det møder en neutron. Det giver derfor færre af de farlige transuraner og i stedet flere spaltningsprodukter, som normalt bliver nedbrudt efter kun hundrede år,« siger hun.

»Thorium som atomkraftbrændstof har også en anden fordel. Den uran-233, som bliver dannet, kan udnyttes og recirkuleres, hvilket betyder, at brændstoffet kan genbruges. Thorium er derfor mere effektivt som atombrændstof end uran,« forklarer Rose.

Sig farvel til atomaffaldet

Alle disse fordele gælder for thorium, uanset hvordan reaktoren bygges.

Den særlige Rubbia-reaktor kan imidlertid også nedbryde de transuraner, som vi allerede har.

»Det er dog ikke noget, Rubbia-reaktoren er ene om,« understreger Sunniva Rose.

»Specielt de såkaldte minoritetsaktinider som americium vil i teorien være simplere at nedbryde i en Rubbia-reaktor,« tilføjer Per Wethe, der er pensioneret atomfysiker fra Institutt for energiteknikk.

»Det er imidlertid ikke nogen stor åbenbaring, da man kan opnå samme resultat i både en såkaldt hurtig breeder-reaktor og i en konventionel reaktor,« fortsætter han.

Sunniva Rose supplerer:

»Blandt andet Frankrig har udviklet forsøgsreaktorerne Phénix og Superphénix, som viser, at det kan lade sig gøre. Og flere af de kommende generation-4-reaktorer er også breeder-konstruktioner.«

Den idiotsikre reaktor

Rubbia-reaktoren blev også kendt for at være nærmest fuldstændig idiotsikker.

Sikkerheden ligger i den specielle konstruktion, som blev lanceret allerede i 1990'erne af den italienske fysiker, tidligere CERN-direktør og nobelprisvinder Carlo Rubbia.

Den tyske AVR-forsøgsreaktor, som var i brug fra 1967 - 1988. Reaktoren afprøvede flere brændstoffer, heriblandt thorium. (Foto: Maurice van Bruggen)

Denne reaktor skal have en neutronstråle fra en accelerator for at kernereaktionerne skal fungere.

Acceleratorer er almindelige på forskningsinstitutioner som CERN. Den største er LHC, Large Hadron Collider, som forskerne håber skal kunne fortælle mere om, hvordan universet opstod.

Uden neutronstrålen fra acceleratoren standser reaktionerne øjeblikkeligt i Rubbia-reaktoren. Kernereaktionerne kan derfor ikke løbe løbsk under nogen omstændigheder, som det skete i Tjernobyl-ulykken i Sovjetunionen i 1986.

I andre typer thoriumreaktorer kommer neutronerne ikke fra en ekstern accelerator, men fra små mængder traditionelt atombrændstof, der er blandet med thoriumen.

»Sikkerheden er kun lidt bedre i Rubbia-reaktoren,« mener Per Wethe.

»Med nutidens vestlige reaktorkonstruktioner, er faren for en løbsk kædereaktion af den type, vi så i Tjernobyl, nærmest kun teoretisk,« siger han.

Tjernobylreaktoren var desuden en helt anden konstruktion end nutidens vestlige reaktorer.

Rubbia-reaktor er sabotagesikker

Rubbia-reaktoren har også en anden fordel. Den er konstrueret til at kunne tåle bevidst sabotage.

Hvis nogen skulle overophede reaktoren med vilje, vil det smeltede bly, som cirkulerer rundt i kernen og leder varmen væk, udvide sig og strømme ind i reaktorkammeret. Hele reaktoren vil blive indkapslet i en kerne af størknet bly.

Alligevel mener Sunniva Rose, at de vestlige reaktorer i dag har meget af den samme passive sikkerhed.

»De er blandt andet konstrueret sådan, at stave, som slukker neutronstrømmen, holdes aktivt ude af reaktoren. Hvis strømmen svigter, falder de via tyngdekraften ned i reaktoren og standser reaktionerne,« forklarer hun.

Lige så stor risiko for nedsmeltning som i Fukushima

Thorium kan i princippet bruges i alle former for reaktorer, også vore dages konstruktioner. Per Wethe fortæller, at der også har været forsket i thorium på hans gamle universitet i Oslo.

»Ved at bruge thorium som brændstof i nutidens reaktortyper vil man få nøjagtig de samme sikkerhedsproblemer som ved brug af almindelig uranbrændstof,« siger han.

Det betyder, at en traditionelt konstrueret thoriumreaktor har lige så stor risiko for nedsmeltning ved manglende nedkøling som reaktorerne i Fukushima.

»Restvarmen i et thoriumkraftværk kommer an på spaltningsprodukterne, og de er nogenlunde de samme som med det normale uranbrændstof,« siger Per Wethe.

»Det gælder også, hvis man har en acceleratordrevet reaktor som Rubbia-reaktoren. Spaltningsprodukter får man lige meget hvad,« siger Sunniva Rose.

Thoriumreaktorer afgiver også lokalt meget gammastråling. Den trænger let igennem kroppen og kan give strålingsskader. Det kræver omfattende sikkerhedsprocedurer, hvis man skal drive et thoriumkraftværk.

»Gammastråling er let at opdage, men således også svær at håndtere,« siger Sunniva Rose.

Hun er enig med Per Wethe i, at Rubbia-reaktoren ikke er nogen åbenbaring for atomkraften.

»Thorium som brændstof er spændende, men man kan gå mange forskellige veje med thorium-teknologien. Det er ikke nødvendigt at udvikle en helt ny reaktorteknologi som Rubbia-reaktoren for at udforske thorium,« mener Rose.

Thorium i Kina og Indien

Uanset hvad er thorium populært i Kina og Indien.

Begge lande er på vej ud af fattigdom, og mens velstanden drives af energi, er den samtidig også med til at øge behovet for energien.

Kine vil udvikle thoriumatomkraft, hvor kølevæsken består af smeltet salt med en meget høj temperatur. Det giver en mere effektiv overførsel af varmeenergi til kraftturbinerne og bedre sikkerhed, fordi der ikke er damp, som ved et højt tryk kan eksplodere.

Indien har de næststørste thoriumforekomster efter Australien og satser også på at udvikle thoriumkraftværker og have flere reaktorer færdige inden 2017.

»Thorium er en af flere muligheder. Uranpriserne har været lave, men vil ganske givet stige igen. Selv om Fukushima-katastrofen har sat atomkraften midlertidigt på pause, vil verdens energibehov også kræve mere atomkraft,« mener Sunniva Rose.

© forskning.no. Oversat af Magnus Brandt Tingstrøm