Czy tylko Uran ?

Przeciwnicy energetyki jądrowej głównie ekodebile nie dopuszczają nawet do swoich łepetyn informacji, że tak naprawdę tylko energetyka jądrowa może w szybki i skuteczny sposób zmniejszyć stężenie dwutlenku węgla w atmosferze. Wynajdują różne przeszkody, aby zatrzymać istniejące aktualnie i budowę nowych elektrowni atomowych. Kłapią dziobami, że uranu jest mało i za chwilę się skończy. Wszyscy jednak zapominają o jeszcze jednym pierwiastku rozszczepialnym który może stanowić paliwo dla reaktorów atomowych. Ten pierwiastek to tor. Pierwiastek tor Th-232 występuje w naturze chociaż nie jest tak naprawdę materiałem rozszczepialnym pod wpływem neutronów termicznych. Co oznacza to stwierdzenie ? To że jeśli zaczniemy go bombardować neutronami w reaktorze to nie będzie się on rozpadał tak jak uran ale będzie się przekształcał w uran U-233.

²³²Th + n → ²³³Th

²³³Th → ²³³Pa + β^– okres połowicznego rozpadu T_1/2 = 22,3 min

²³³Pa → ²³³U + β^– okres połowicznego rozpadu T_1/2 = 27 dni

Wytworzony sztucznie uran U-233 jest promieniotwórczy (przemiana alfa) o długim okresie połowicznego rozpadu, bo aż 1,592 x 10⁵ lat i może ulegać rozszczepieniu pod wpływem neutronów termicznych, nawet znacznie efektywniej niż w przypadku U-235 czy Pu -239. Problemem jest jednak niewystarczająca do utrzymania przebiegu reakcji ilość generowanych neutronów. Tak więc napromieniony tor należy wyładować z reaktora, wydzielić z niego U-233, który może zostać załado­wany do drugiego reaktora już jako paliwo jądrowe. Tor, odkryty przez szwedz­kiego chemika Berzeliusa w 1828 r. (nazwa pochodzi od skandynawskiego boga wojny Thora), to pierwiastek bardziej rozpowszechniony od uranu; jego zawartość w skorupie ziemskiej jest czterokrotnie większa niż uranu, a zawartość w rudach (4%) jest o wiele większa niż zawartość uranu w rudach uranowych. Najbogatszymi w tor rudami są tlenki (torianit) i krzemiany toru (toryt), które występują w granitach. Największe złoża toru występują w Australii oraz Indiach. Głównym przemysłowym źródłem toru jest monacyt, zawierający zwykle 3-14% toru. Poza technikami jądrowymi ma niewielkie zastosowanie, np. do wyrobu siatek żaroodpornych w lampach gazowych (tzw. siatki Auera), do produkcji katalizatorów, jako dodatek do elektrod (polepsza własności emisyjne) oraz spa­walniczych elektrod wolframowych.

W przypadku stosowania toru jako materiału paliworodnego istotne jest przede wszystkim to, że tor nie wymaga wzbogacenia, co jest procesem skom­plikowanym i kosztownym. Tak więc tor można zużywać w całości, a nie tylko w nieznacznym ułamku, jak uran U-235 z naturalnej rudy.

Przebieg reakcji zachodzących w reaktorze w cyklu torowym (Th-232/ /U-233) ma w porównaniu z konwencjonalnym cyklem uranowym (U-235, U-238/Pu-239) kilka istotnych zalet. Po pierwsze, w reakcjach tych liczba długo życiowych, promieniotwórczych transuranowców (w cyklu uranowym są to głów­nie izotopy plutonu, ameryku i kiuru) jest znacznie mniejsza, a właśnie one są źródłem kłopotów związanych ze składowaniem odpadów promieniotwórczych. W cyklu torowym jedynym długożyciowym transuranowcem jest izotop neptunu Np-237, produkowany w bardzo niewielkich ilościach w porównaniu np. do ilości ameryku Am-243, który jest jego odpowiednikiem w cyklu uranowym.

Dotychczas nie zbudowano jeszcze komercyjnego reaktora energetyczne­go stosującego tor jako paliwo, jakkolwiek w wielu reaktorach eksperymental­nych, głównie typu HTGR (ale nie tylko) wykorzystywano go jako tzw. paliwo mieszane z wysoko wzbogaconym uranem – Th/U. Przykładem mogą być reakto­ry: AVR w Julich (Niemcy), który w latach 1967-1988 pracował przez 750 tygo­dni z mocą 15 MW_e, w tym czasie zużyto 1360 t toru; THTR Hamm-Uentrop (Niemcy), który w latach 1983-1989 pracował z mocą 300 MW_e ; HTGR Peach Bottom 1 (Stany Zjednoczone), który w latach 1967-1974 pracował z mocą 110 MW_th; HTGR Fort St. Vrain (Stany Zjedno­czone), który w latach 1976-1984 pracował z mocą 842 MW_th (330 MW_e).

Obecnie jedynie w Indiach uruchomiono pod koniec 1996 r. eksperymen­talny reaktor badawczy o nazwie Kamini o mocy zaledwie 30 kW, określany jako pierwszy na świecie reaktor wykorzystujący uran U-233 wydzielony z na­promieniowanego toru. Rdzeń reaktora składa się z płytek ze stopu U-233 z aluminium w pojemnikach ze stopu cyrkonu (zircaloyu). Moderatorem, chło­dziwem i osłoną jest zwykła woda. Całość znajduje się w zbiorniku ze stali nie­rdzewnej. Reaktor ten zbudowano w pobliżu doświadczalnego reaktora powie­lającego FBTR (Fast Breeder Test Reactor) o mocy cieplnej 40 MW w Kalpakkam (Gandhi Centrę for Atomie Research), gdzie ThO₂ zostaje wcześniej napromie­niowany. Reaktor FBTR był eksploatowany w latach 1972-1991. Indie, które w dalszym ciągu są zainteresowane wykorzystaniem rodzimych złóż toru do produkcji rozszczepialnego U-233, budują obecnie w tym celu większy reaktor powielający PFBR (Prototype Fast Breeder Reactor) o mocy 500 MW_e.

Najgorszą sprawą w cyklu torowym jest to że są produkowane jedynie śladowe ilości Pu-239, który odgrywa istotną rolę w zastosowaniach wojskowych i nie można przy okazji produkować materiału na bombki atomowe. Stąd też dotychczasowa niechęć do rozwijania technologii reaktorów atomowych bazujących na paliwie torowym.

Prowadzi się jednak badania i patrząc co się dzieje z tą technologią np. w Indiach należy spodziewać się że będzie kiedyś bardziej powszechna. Tym bardziej że z czasem uranu będzie coraz mniej i będzie coraz droższy.

Jak widać mimo kłapania dziobami są kraje gdzie szuka się możliwości zwiększenia ilości paliwa jądrowego będącego do dyspozycji, jednocześnie szuka się także rozwiązań mających na celu zmniejszenie ilości odpadów promieniotwórczych. A co u nas w Polsce ? My mamy śmiałe plany, powołano którąś już spółkę i dyrekcję do budowy elektrowni i jakoś leci pobieranie apanaży, za śmiałe wizje i plany.

Ps. Co do toru to juści u nas jego dostatek na Podlasiu i nie tylko.

O Quartz

Nic szczególnego