Thorium, som har fått navn etter den norrøne guden Tor, kan bli svaret på ønsket om ubegrenset, billig og CO 2-fri energi.
Og det er bare overskriften. Det radioaktive avfallet fra thorium utgjør bare rundt fem prosent av avfallet fra et konvensjonelt uranbasert atomkraftverk, og det har en halveringstid på noen hundre år i stedet for over 20 000 år.
I tillegg kan et slikt anlegg brukes til å forbrenne plutonium, mens et konvensjonelt anlegg produserer store mengder av dette våpenmaterialet.
Nok en gang står Norge midt i grøtfatet med verdens tredje største thoriumreserver.
Går det som enkelte ønsker, kan vi allerede om 12 til 15 år starte opp det første thoriumkraftverket med 2000 MW effekt som kan levere strøm til rundt 21 øre/kWh.
Det trengs rundt fire tonn årlig til å drive kraftverket, og Norge har minst 180 000 tonn.
Ikke fissilt
Thorium er fertilt, det vil si at det frigir store mengder energi ved spalting. I motsetning til uran er thorium i utgangspunktet ikke et fissilt materiale.
Det betyr at kjedereaksjonen ikke går av seg selv. Derfor må brennstoffet suppleres med en eller annen nøytronkilde for at reaksjonen skal gå. Her er det to retninger.
Den ene er basert på nobelprisvinner Carlo Rubbias idé om å bruke en ekstern protonkilde i form av en akselerator omtrent som en liten utgave av den de har nede på Cern, og bruke den til å produsere nøytroner fra blyatomer.
Den andre måten er å erstatte opp til 90 prosent av stavene i en tradisjonell uranreaktor med thorium.
De siste ti prosentene kan være en intern nøytronkilde i form av et fissilt materiale – enten uran, eller enda bedre; avfallet fra 40 års drift med konvensjonelle kjernekraftverk. Slikt avfall inneholder nemlig en stor andel brukbart materiale, for eksempel plutonium.
Nesten konvensjonelt
Dagens atomreaktorer bruker uran som brennstoff. Naturlig uran består av bare 0,7 prosent av den brukbare isotopen U-235. Resten er ubrukbart U-238.
.png){kind=logo}
I mange tilfeller anrikes uranet slik at andelen spaltbart U-235 blir opp til 4 prosent.
Problemet er at store deler av det ubrukbare U-238 i brenselstavene blir bestrålt og omdannet til Pu-239, eller plutonium, som både er ypperlig egnet til atomvåpen og som har en halveringstid på 24 110 år.
Ved å bruke thorium som brennstoff i stedet for uran kan brenselstavene bygges av 99,5 prosent naturlig thorium; Th-232. I dette tilfellet blir det produsert svært lite plutonium og nesten alt brennstoffet blir forbrukt i fisjonsprosessen. For å få i gang kjernereaksjonen er rundt ti prosent av brenselstavene tradisjonelle uranstaver, eller basert på reaktivt avfall fra konvensjonelle kjernekraftverk.
Anlegget kontrolleres på samme måte som et tradisjonelt atomkraftverk ved å senke ned grafittstaver som trekker til seg nøytronoverskuddet og stopper prosessen.
Fordi nøytronoverskuddet er så mye mindre i et thoriumdrevet kraftverk, er det mye enklere å kontrollere kjernereaksjonen. Faren for det såkalte Kina-syndromet, hvor hele kjernen smeltet ned slik vi så i Tsjernobyl, vil være så å si umulig i et moderne thoriumkraftverk, ifølge Thor Energy.
Thorium har både kjemiske og kjernefysiske egenskaper som gjør det mye mer stabilt og tryggere enn uran. Thor Energy mener at denne kombinasjonen av egenskaper og moderne reaktordesign gjør at de unngår de grunnleggende problemene til et uranbasert kraftverk.
Brennstoffet
Dagens atomkraft er basert på uran som brensel. Derfor snakkes det om en uranbasert brennstoffsyklus. Brennstoffsyklusen er betegnelsen på hele vugge-til grav-syklusen til brennstoffet, det vil si fra det tas ut av forekomsten til det er utbrent og deponeres om avfall. Utfordringen for thorium er å etablere og få godkjent en ny brennstoffsyklus. Thor Energy mener det vil ta tre til fire år å utvikle en slik syklus og like lang tid å få godkjent den av myndighetene i ulike land.
Blykjølt reaktor
Rubbia-reaktroen er den andre måten å utnytte thorium som energikilde på. I denne skal fisjonsprosessen bruke en ekstern protonkilde hvor thoriumet bombarderes med protoner av høy energi fra en partikkelakselerator. Fordelen med en slik fisjonsprosess er at kjernereaksjonen bare går så lenge protonstrålen opprettholdes. Det krever mye elektrisk energi for å holde protonstrålen i gang. Hvis strømmen kuttes, eller andre utenforliggende hendelser inntreffer som kan skade partikkelakseleratoren, stopper kjernereaksjonen. Det betyr at systemet kan bygges med ekstremt høy sikkerhet.
Selve thoriumkjernen er senket ned i et bad av flytende bly. Når protonene treffet blyatomene, sender de ut en sky av nøytroner som igjen setter i gang kjernereaksjonen i thoriumet. Det flytende blyet fungerer også som en varmetransportør og moderator. Protonstrålen ledes ned i blybadet gjennom et rør. Det varme blyet sirkulerer gjennom thoriumkjernen og transporterer varmen opp. I nærheten av overflaten er det senket varmevekslerrør ned i blybadet som varmer opp damp som driver en turbin.
Hvis Rubbia-reaktoren skal bygges, er det et langsiktig forsknings- og utviklingsprosjekt. Det er mange tekniske utfordringer både ved partikkelakseleratorene og ved bruken av det svært varme blyet. Først må det bygges et lite pilotanlegg. Resultatene fra dette kan være grunnlag for et fullskala thoriumkraftverk. Forsiktige anslag tyder på at et kommersielt anlegg vil kunne være klart om 30 til 40 år.
