Ta objava na blogu preučuje, ali bi lahko torijeva jedrska energija postala varna alternativna energetska tehnologija, ki zmanjšuje tveganja obstoječih uranovih reaktorjev.
Jedrska industrija, ki uporablja reakcije cepitve urana, je še naprej rasla s poudarkom na "ekonomski upravičenosti" tudi po nesreči v jedrski elektrarni Three Mile Island in katastrofi v Černobilu. Vendar pa so se po nesreči v Fukušimi na Japonskem pomisleki glede varnosti še bolj razširili, kar je privedlo do upočasnitve njenega zagona, saj so države, kot sta Nemčija in Tajvan, napovedale politike postopnega opuščanja jedrske energije. Sredi teh razmer ena tehnologija pritegne pozornost: "torijev reaktor", ki proizvaja elektriko z uporabo jedrske reakcije cepitve torija namesto urana. Torijevi reaktorji so bili raziskovali skupaj z uranovimi reaktorji do zgodnjih dni jedrske tehnologije v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, vendar so bili zaradi takratnih tehnoloških in politično-ekonomskih razmer opuščeni. Zdaj, ko uranovi reaktorji upadajo, so se slabosti torijevih reaktorjev takrat spremenile v prednosti, zaradi česar so spet v središču pozornosti. Oglejmo si načela, značilnosti, razloge za njihovo ponovno pozornost in metode za realizacijo torijevih reaktorjev.
Torijevi reaktorji se bistveno razlikujejo od uranovih reaktorjev, začenši z gorivom, ki ga uporabljajo, in posledično so drugačne tudi reakcije, ki se dogajajo v jedru reaktorja. Ves naravni torij obstaja kot torij-232 (²³²Th) z masnim številom 232. Ko nevtron zadene jedro 232Th v reaktorju, ga jedro absorbira in postane 233Th. Ta material je zelo nestabilen in se hitro razpade na 233Pa. 233Pa nato počasi, z razpolovno dobo približno 27 dni, razpade na 233U. Nastali 233U z masnim številom 233 se cepi tudi pri relativno nizkoenergijskih nevtronih, podobno kot 235U, ki se uporablja v uranovih reaktorjih. Torijevi reaktorji proizvajajo električno energijo iz toplotne energije, ki nastane med tem procesom cepitve 233U.
Torijevi reaktorji ponujajo več prednosti pred uranovimi reaktorji. Prvič, svetovne rezerve torija so štirikrat večje od rezerv urana. Poleg tega lahko uranovi reaktorji uporabljajo le 235U, ki v naravi obstaja v izjemno majhnih količinah, torijevi reaktorji pa lahko uporabijo celotno naravno obliko 232Th. Uranovi reaktorji proizvajajo visoko radioaktivne odpadke, kot je plutonij, katerega toksičnost traja več deset tisoč let, zaradi česar je njegovo odstranjevanje velik problem. Vendar pa torijevi reaktorji ne proizvajajo visoko radioaktivnih odpadkov. Radioaktivni odpadki, ki jih proizvajajo, v nekaj sto letih izgubijo svojo toksičnost na ravni, primerljive z običajnimi premogovniki.
Najpomembnejša značilnost torijevih reaktorjev je njihova sposobnost samodejne zaustavitve jedrskih reakcij med nepredvidenimi nesrečami, kot je bila katastrofa v Fukušimi. V uranovih reaktorjih jedrska reakcija poteka neprekinjeno, ko se uranova jedra, ki absorbirajo nevtrone, cepijo in sproščajo več nevtronov v ponavljajočem se ciklu. Temu pravimo "verižna reakcija". Vendar pa se v reakcijskem procesu torijevega reaktorja proizvede manj nevtronov, kot jih je bilo prvotno vnesenih. Z drugimi besedami, razen če se od zunaj dovede več nevtronov ali se med reakcijo sprosti več nevtronov, se jedrska reakcija ustavi.
Pred desetletji, ko so bili torijevi reaktorji prvič raziskani, so bile njihove značilnosti – ne proizvajajo visoko radioaktivnih odpadkov, kot je plutonij, in prenehajo reakcije brez dovajanja nevtronov – obravnavane kot usodne pomanjkljivosti. Med hladno vojno je bil eden od namenov gradnje jedrskih elektrarn pridobivanje jedrskih materialov, kot je plutonij, za jedrsko orožje; torijevi reaktorji so bili daleč od tega cilja. Poleg tega so bili s perspektive tiste dobe, ko je bila učinkovitost najvišja vrednota, torijevi reaktorji – ki niso mogli vzdrževati lastne reakcije in so se nagnjeni k zaustavitvi – očitno dojeti kot "slabša tehnologija" v primerjavi z uranovimi reaktorji. Vendar pa je kasneje postalo očitno, da bi se prav prednost uranovih reaktorjev – njihova sposobnost vzdrževanja samovzdržne verižne reakcije – lahko spremenila v katastrofo, če bi človek izgubil nadzor. Nesreča v Černobilu leta 1986 je sevanju izpostavila približno 5 milijonov ljudi v Rusiji in Ukrajini, medtem ko je nesreča v Fukušimi na Japonskem pred nekaj leti povzročila skoraj 800 smrtnih žrtev in še naprej ogroža varnost naše oskrbe s hrano. Zaradi nevarnosti uranovih reaktorjev, ki so se razkrivale skozi desetletja, se je zaznana slabost torijevih reaktorjev spremenila v prednost: »varnost«.
Z vidika varnosti je dejstvo, da se reakcija ustavi, če je prekinjena dobava nevtronov, resnično prednost. Vendar pa se reaktor v normalnih pogojih nikoli ne sme zaustaviti. Za reševanje tega vprašanja sta bili raziskani dve glavni metodi. Prva metoda vključuje uporabo mešanega goriva, ki vsebuje tako torij kot uran ali plutonij, materiala, ki se tradicionalno uporabljata v obstoječih reaktorjih. Uran in plutonij oddajata več nevtronov, kot jih absorbirata, kar zlahka vzdržuje verižno reakcijo. To kompenzira nevtrone, izgubljene med torijevim jedrskim procesom. Vendar ima ta pristop inherentne omejitve. Čeprav so tehnično manj zahtevni, takšni reaktorji niso pravi torijevi reaktorji, temveč kompromisni sistem, nekakšna pol-ukrep med obstoječimi uran/plutonijevimi in torijevimi reaktorji. Posledično se izgubijo številne inherentne prednosti torijevih reaktorjev. Prednost uporabe ali proizvodnje urana in plutonija se ne uresniči. Poleg tega se stopnja verižne reakcije, čeprav je mogoče nadzorovati s prilagajanjem razmerja mešanice, nadaljuje tudi v primeru nesreče zaradi nevtronov, ki jih sprošča verižna reakcija. Z drugimi besedami, ta metoda ne izkoristi v celoti prednosti torijevega reaktorja; zgolj uporablja torij, ki sicer ne bi bil uporaben.
Druga metoda vključuje pristop "pospeševalnika protonov", kjer se protoni izstreljujejo z veliko hitrostjo, da trčijo v kovine, kot je volfram, pri čemer nastanejo velike količine nevtronov za uporabo v jedrskih reakcijah. Torijev reaktor, ki uporablja to metodo, je zelo varen, saj se v primeru nesreče in prekinitve napajanja pospeševalnika protonov jedrska reakcija postopoma ustavi. Leta 1995 je italijanski fizik Carlo Rubbia prvi predlagal to metodo, vendar ji je bilo leta namenjenih malo pozornosti. Za ustvarjanje dovolj nevtronov za vzdrževanje stabilne verižne reakcije je potrebna izhodna moč pospeševalnika približno 1 GeV, kar zahteva ogromno moč. Trenutna tehnologija se bori za načrtovanje učinkovitih pospeševalnikov, kar vodi v situacijo, ko je energija, porabljena za delovanje pospeševalnika, skoraj enaka moči, ki jo proizvede sam reaktor. Gre za primer, ko je zdravilo hujše od bolezni. Zato je razvoj visoko učinkovitega pospeševalnika velik izziv za pristop pospeševalnika protonov. Poleg tega zaradi narave te metode pride do jedrske fisije z izjemno hitrimi nevtroni. Pri reakcijah jedrskega cepljenja, ki jih sprožijo visokohitrostni nevtroni, se na enoto mase proizvede več desetkrat več kadmija v primerjavi z reakcijami, ki jih sprožijo nizkohitrostni nevtroni. Kadmij je rakotvorna snov razreda 1 in zelo strupena kovina za ljudi.
Danes, ko se jedrska industrija sooča s krizo, smo preučili »torijeve reaktorje« kot možno alternativno tehnologijo. Torijevi reaktorji, ki namesto urana kot jedrsko gorivo uporabljajo torij in potekajo v povsem drugačnem jedrskem reakcijskem procesu, imajo prednosti pred konvencionalnimi reaktorji. Vendar pa so za komercializacijo torijevih reaktorjev še vedno potrebne znatne raziskave. Države z bogatimi zalogami torija, kot sta Združene države Amerike in Indija, vodijo raziskave torijevih reaktorjev. Indija si zlasti aktivno prizadeva za izvoz pod imenom »Napredni težkovodni reaktor« (AHWR). Na tej točki, ko ne le jedrska energija, ampak celotna energetska industrija doživlja prehod, se resen razmislek in raziskave torijevih reaktorjev vsekakor splačajo.
