Šajā emuāra ierakstā tiek pētīts, vai torija kodolenerģija varētu kļūt par drošu alternatīvu enerģijas tehnoloģiju, kas samazina esošo urāna reaktoru riskus.
Kodolenerģijas nozare, kas izmanto urāna skaldīšanas reakcijas, ir turpinājusi augt, uzsverot "ekonomisko dzīvotspēju" pat pēc Trīs jūdžu salas avārijas un Černobiļas katastrofas. Tomēr pēc Fukušimas incidenta Japānā bažas par drošību ir vēl vairāk izplatījušās, kā rezultātā tās izaugsme ir palēninājusies, un tādas valstis kā Vācija un Taivāna ir paziņojušas par kodolenerģijas pakāpeniskas izbeigšanas politiku. Šajā situācijā uzmanību piesaista viena tehnoloģija: "torija reaktors", kas ražo elektrību, izmantojot torija kodolu skaldīšanas reakciju urāna vietā. Torija reaktori tika pētīti līdzās urāna reaktoriem līdz pat kodoltehnoloģiju pirmsākumiem 1970. gs. septiņdesmitajos gados, taču tā laika tehnoloģisko un politiski ekonomisko apstākļu dēļ tie tika atlikti. Tagad, kad urāna reaktoru skaits samazinās, toreizējo torija reaktoru trūkumi ir pārvērtušies priekšrocībās, atkal izvirzot tos uzmanības centrā. Apskatīsim principus, īpašības, iemeslus, kāpēc tiem atkal tiek pievērsta uzmanība, un metodes torija reaktoru realizācijai.
Torija reaktori būtiski atšķiras no urāna reaktoriem, sākot ar izmantoto degvielu, un līdz ar to arī reakcijas, kas notiek reaktora aktīvajā zonā, ir atšķirīgas. Viss dabā sastopamais torijs pastāv kā torijs-232 (²³²Th) ar masas numuru 232. Kad neitrons reaktora iekšpusē ietriecas 232Th kodolā, kodols to absorbē un kļūst par 233Th. Šis materiāls ir ļoti nestabils un ātri sadalās līdz 233Pa. Pēc tam 233Pa lēnām sadalās, ar aptuveni 27 dienu pussabrukšanas periodu, līdz 233U. Iegūtais 233U ar masas numuru 233 dalās pat ar relatīvi zemas enerģijas neitroniem, līdzīgi kā 235U, ko izmanto urāna reaktoros. Torija reaktori ģenerē elektrisko enerģiju no siltumenerģijas, kas rodas šajā 233U dalīšanās procesā.
Torija reaktoriem ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar urāna reaktoriem. Pirmkārt, globālās torija rezerves ir četras reizes lielākas nekā urāna rezerves. Turklāt, lai gan urāna reaktori var izmantot tikai 235U, kas dabā ir sastopams ārkārtīgi mazos daudzumos, torija reaktori var izmantot visu dabiski sastopamo formu - 232Th. Urāna reaktori rada augstas aktivitātes radioaktīvos atkritumus, piemēram, plutoniju, kura toksicitāte saglabājas desmitiem tūkstošu gadu, padarot to apglabāšanu par nopietnu problēmu. Tomēr torija reaktori neražo augstas aktivitātes radioaktīvos atkritumus. Radioaktīvie atkritumi, ko tie rada, dažu simtu gadu laikā zaudē savu toksicitāti līdz līmenim, kas salīdzināms ar parastajām ogļraktuvēm.
Torija reaktoru nozīmīgākā īpašība ir to spēja automātiski apturēt kodolreakcijas neparedzētu negadījumu, piemēram, Fukušimas katastrofas, laikā. Urāna reaktoros kodolreakcija notiek nepārtraukti, jo urāna kodoli, kas absorbē neitronus, dalās, atbrīvojot vairāk neitronu atkārtotā ciklā. To sauc par "ķēdes reakciju". Tomēr torija reaktora reakcijas procesā rodas mazāk neitronu nekā sākotnēji ievadītais skaits. Citiem vārdiem sakot, ja vien no ārpuses netiek piegādāts vairāk neitronu vai reakcijas laikā netiek atbrīvots vairāk neitronu, kodolreakcija apstājas.
Pirms vairākām desmitgadēm, kad tika veikti pirmie pētījumi par torija reaktoriem, to īpašības — neradīt augsta līmeņa radioaktīvos atkritumus, piemēram, plutoniju, un pārtraukt reakcijas bez neitronu piegādes — tika uzskatītas par liktenīgiem trūkumiem. Aukstā kara laikā viens no atomelektrostaciju būvniecības mērķiem bija iegūt kodolmateriālus, piemēram, plutoniju, kodolieročiem; torija reaktori bija tālu no šī mērķa. Turklāt no tā laika viedokļa, kad efektivitāte bija galvenā vērtība, torija reaktori — nespējīgi uzturēt savu reakciju un pakļauti izslēgšanai — tika skaidri uztverti kā "zemākas tehnoloģijas" salīdzinājumā ar urāna reaktoriem. Tomēr vēlāk kļuva skaidrs, ka pati urāna reaktoru priekšrocība — to spēja uzturēt pašpietiekamu ķēdes reakciju — varētu pārvērsties katastrofā, ja tiktu zaudēta cilvēka kontrole. 1986. gada Černobiļas avārija pakļāva radiācijai aptuveni 5 miljonus cilvēku Krievijā un Ukrainā, savukārt Fukušimas katastrofa Japānā pirms dažiem gadiem izraisīja gandrīz 800 nāves gadījumus un joprojām apdraud mūsu pārtikas piegādes drošību. Sakarā ar urāna reaktoru bīstamību, kas atklājās gadu desmitiem ilgi, torija reaktoru uztvertais trūkums kļuva par priekšrocību: “drošība”.
No drošības viedokļa fakts, ka reakcija apstājas, ja tiek pārtraukta neitronu padeve, patiešām ir priekšrocība. Tomēr normālos apstākļos reaktors nekad nedrīkst apstāties. Ir pētītas divas galvenās metodes, lai risinātu šo problēmu. Pirmā metode ietver jauktas degvielas izmantošanu, kas satur gan toriju, gan urānu vai plutoniju – materiālus, ko tradicionāli izmanto esošajos reaktoros. Urāns un plutonijs emitē vairāk neitronu nekā absorbē, viegli uzturot ķēdes reakciju. Tas kompensē neitronu zudumus torija kodolreakcijas procesā. Tomēr šai pieejai ir raksturīgi ierobežojumi. Lai gan tehniski mazāk sarežģīti, šādi reaktori nav īsti torija reaktori, bet gan kompromisa sistēma, puslīdzsvars starp esošajiem urāna/plutonija reaktoriem un torija reaktoriem. Līdz ar to tiek zaudētas daudzas torija reaktoru raksturīgās priekšrocības. Netiek realizēta priekšrocība, ka urāns un plutonijs netiek izmantoti vai ražoti. Turklāt, lai gan ķēdes reakcijas pakāpi var kontrolēt, pielāgojot maisījuma attiecību, kodolreakcija jauktā reaktorā turpināsies ķēdes reakcijas laikā atbrīvoto neitronu dēļ pat negadījuma gadījumā. Citiem vārdiem sakot, šī metode pilnībā neizmanto torija reaktora priekšrocības; tā vienkārši izmanto toriju, kam citādi nebūtu nekāda pielietojuma.
Otrā metode ietver "protonu paātrinātāja" pieeju, kur protoni tiek raidīti lielā ātrumā, lai sadurtos ar metāliem, piemēram, volframu, radot lielu daudzumu neitronu izmantošanai kodolreakcijās. Torija reaktors, kurā tiek izmantota šī metode, ir ļoti drošs, jo, ja notiek negadījums un protonu paātrinātājam tiek pārtraukta barošana, kodolreakcija pakāpeniski apstājas. 1995. gadā itāļu fiziķis Karlo Rubija pirmo reizi ierosināja šo metodi, taču gadiem ilgi tai netika pievērsta liela uzmanība. Lai ģenerētu pietiekami daudz neitronu, lai uzturētu stabilu ķēdes reakciju, ir nepieciešama paātrinātāja jauda aptuveni 1 GeV, kas prasa milzīgu jaudu. Pašreizējām tehnoloģijām ir grūti izstrādāt efektīvus paātrinātājus, kā rezultātā rodas situācija, kad paātrinātāja darbināšanai patērētā jauda ir gandrīz vienāda ar paša reaktora saražoto jaudu. Tas ir gadījums, kad ārstēšana ir sliktāka par slimību. Tāpēc ļoti efektīva paātrinātāja izstrāde ir liels izaicinājums protonu paātrinātāja pieejai. Turklāt šīs metodes rakstura dēļ kodolu skaldīšana notiek, izmantojot ārkārtīgi ātrus neitronus. Kodoldalīšanās reakcijās, ko izraisa ātrgaitas neitroni, uz masas vienību tiek saražots desmitiem reižu vairāk kadmija, salīdzinot ar reakcijām, ko izraisa lēna ātruma neitroni. Kadmijs ir 1. klases kancerogēns un ļoti toksisks metāls cilvēkiem.
Mūsdienās, kad kodolenerģijas nozare saskaras ar krīzi, mēs pētījām "torija reaktorus" kā potenciālu alternatīvu tehnoloģiju. Torija reaktoriem, kuros kā kodoldegvielu izmanto toriju urāna vietā un kuros notiek pilnīgi atšķirīgs kodolreakcijas process, ir priekšrocības salīdzinājumā ar parastajiem reaktoriem. Tomēr torija reaktoru komercializācijai joprojām ir nepieciešami ievērojami pētījumi. Valstis ar bagātīgām torija rezervēm, piemēram, Amerikas Savienotās Valstis un Indija, ir vadošās torija reaktoru pētniecības jomā. Jo īpaši Indija aktīvi veic eksportu ar nosaukumu "Uzlabotais smagā ūdens reaktors" (AHWR). Šajā brīdī, kad ne tikai kodolenerģija, bet arī visa enerģētikas nozare piedzīvo pārejas posmu, nopietna apsvēršana un izpēte torija reaktoru jomā ir pūļu vērta.
