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Thoriumreactor
Schema mit möglichen Vorteilen eines LFTR (Liquid Fuel Thorium Reactor)

EIN Thoriumreaktor ist ein Kernreaktor Das Kernspaltung von Uran-233, vor Ort produziert von Thoriumals Energiequelle genutzt. Das Schmelzsalzreaktor (Englisch: Schmelzsalzreaktor (MSR) oder manchmal Flüssigfluorid-Thoriumreaktor (LFTR)) wird im Volksmund oft als „Thoriumreaktor“ bezeichnet, obwohl ein konventionelles Kernkraftwerk auch Thorium als Brennstoff verwenden kann und Schmelzsalzreaktor auch nur an Uran und Plutonium kann arbeiten. Aufgrund der zunehmenden Knappheit von fossile Brennstoffe, die bedrohliche Treibhauseffekt, und der Protest gegen die Atomenergie infolge der Atomkatastrophe von Tschernobyl und Fukushima, das Interesse an Thoriumreaktoren hat zugenommen, da Befürworter sagen, dass sie nicht die Nachteile von Reaktoren auf Uranbasis haben und daher eine Lösung für die Atomenergie-Debatte.

Geschichte der Thoriumreaktorentwicklung

Der Einsatz von Thorium in Kernkraftwerken befindet sich noch im Versuchsstadium. In einigen Ländern gab es Experimente mit der Verwendung von Thorium als Brennstoff, einschließlich in Deutschland (Hamm-Uentrop), de Vereinigte Staaten (Versandhafen) und Indien. Meist Indien und Norwegen an einem Reaktor interessiert sind, der Thorium nutzen kann, da das Mineral in diesen Ländern im Gegensatz zu Uran weit verbreitet ist. In den 1970er Jahren gab es auch in den Niederlanden (KEMA) arbeitete in einer Pilotanlage, die KEMA Suspensionstestreaktor. Im Jahr 2014 wurde in Belgien die politische Partei N-VA vorgeschlagen, bis 2030 einen Thoriumreaktor zu bauen, um die drohende Energieknappheit zu bewältigen.[1]

Mit dem KAMINI-Reaktor verfügt Indien über einen kleinen Versuchsreaktor, der mit Uran-233 betrieben wird, der noch auf die Bestrahlung von Thorium in anderen Reaktoren angewiesen ist. Indien gilt mit seinem dreistufigen Kernkraftprogramm als Vorreiter in der Thoriumreaktorforschung.[2] Auch China untersucht derzeit diesen Kraftwerkstyp, auch weil das Land bereits nutzt CANDU-ReaktorenThorium kann als Brennstoff verwendet werden.

Einer der Gründe, warum die Forschung an Thorium und dem Schmelzsalzreaktor in den USA zum Erliegen kam, ist, dass daraus kein Plutonium hergestellt werden kann (das damals für die Entwicklung von Atomwaffen benötigt wurde).[Quelle?] Die Untersuchung wurde unter Präsident . durchgeführt Nixon dauerhaft eingestellt.[Quelle?] Ein Großteil des Wissens über Thorium undium Schmelzsalzreaktoren wurde vom Oak Ridge National Laboratory erworben, das bis 1969 einen Testreaktor betrieb. Das erworbene Wissen finden Sie im Buch Flüssigbrennstoffreaktoren, vom Schöpfer Alvin Weinberg.[3]

EIN Löwen Forschungsgruppe untersucht, wie Thoriumreaktoren noch 2050 Energie in das Stromnetz einspeisen.[4]

Kraftstoffkreislauf

Das häufigste Isotop von Thorium ist Thorium-232. Dieses Isotop von Thorium selbst ist nicht spaltbar. Es kann ein thermisches Neutron („langsames Neutron“) einfangen und wird dann zu Thorium-233. Das läuft im Laufe von etwa einem Monat ab über Protactinium-233 bis um Uran-233. Dieses Nuklid ist spaltbar, und die Spaltung dieses Kerns setzt Energie sowie ein oder mehrere Neutronen frei, die von Uran-233 oder Thorium-232 eingefangen werden können.

Nicht alles Uran-233 wird sofort gespalten, wie in einem konventionellen Kernreaktor mit Uran-235 auch nicht der fall. Wenn Uran-233 beim Einfangen eines Neutrons nicht spaltet und Uran-234 bildet, kann es ein weiteres Neutron einfangen und das entstehende Uran-235 ist dann noch spaltbar. Da die Wahrscheinlichkeit einer Nichtspaltung bei Uran-233 geringer ist als bei Uran-235 und weil wiederholtes Einfangen eines Neutrons immer noch ein spaltbares Nuklid erzeugt, bleiben weniger problematische Probleme mit dem Thoriumzyklus. transuranische Elemente als radioaktiver Abfall als im konventionellen Urankreislauf.

Als unerwünschtes Nebenprodukt kann Thorium-232 nicht-transuranisch, aber langlebig sein Protactinium-231 die wesentlich zur Radioaktivität des verbleibenden Atommülls beitragen. Dieser lässt sich leicht lagern, nachdem er mit geschmolzenem Glas aufbereitet und in Fässer aus Edelstahl verpackt wurde.[Quelle?]

Leistungen

Sicherheit

Schmelzsalzreaktoren in Kombination mit Thorium sind laut Befürwortern viel sicherer (inhärente passive Sicherheit), produzieren um ein Vielfaches weniger Abfall (bis zu 1000-mal weniger) und bleiben auch für viel kürzere Zeit (300 Jahre statt Zehntausende von Jahren) gefährlich radioaktivactive ).[5][6][7][8]

Da ein Thoriumreaktor kaum Plutonium produziert, birgt er ein geringeres Risiko der nuklearen Proliferation. Es ist wahr, dass es "kultiviert" ist 233Sie können prinzipiell auch für Atomwaffen eingesetzt werden, aber das Vorhandensein von 232Sie machen das viel schwieriger, auch wegen der starken Gamma-Aktivität der Nebenkerne von 232U. Es ist jedoch möglich, nach etwa einem Monat "frische" Thorium-Brennelemente aus dem Reaktor zu entnehmen, wonach das gebildete Protactinium-233 relativ leicht abgetrennt werden kann. Dieses Nuklid zerfällt dann zu Uran-233, das dann in fast reiner Form gewonnen werden kann.[9]

Der Hauptvorteil eines Salzschmelzereaktors besteht darin, dass die Reaktion nicht wild laufen kann und somit zu gefährlich hohen Temperaturen (die in herkömmlichen Reaktoren zu Kernschmelze führen). Grundsätzlich ist der Reaktor in sich sicher: Wird die Temperatur zu hoch oder tritt ein größeres Kühlmittelleck auf, stoppt der Prozess und das thoriumgesättigte Salz verfestigt sich. In einem Schmelzsalzreaktor ist es möglich, dass das Salz, das noch erhebliche Mengen an Nachheizen passiv gekühlt werden, so dass auch nach Beendigung der Kernreaktion kein Kernschmelze (Kernschmelze) tritt ein. (Allerdings werden Schmelzsalzreaktoren nicht von Natur aus mit Thorium betrieben; Reaktoren auf Uranbasis sind ebenfalls möglich.)

Abfallprodukte

Im Vergleich zu Uran kann aus der gleichen Menge Thorium mehr Energie gewonnen werden. Wo Uran für die Spaltung zuerst angereichert werden muss (mit der überwiegenden Mehrheit als abgereichertes Uran nicht für Spaltung geeignet[10]) und bei der Spaltung nicht voll ausgenutzt wird, ist dies bei Thorium nicht der Fall. Thorium muss nicht angereichert werden und bei der Spaltung kann alles Thorium verwendet werden[11] einen Thoriumreaktor viel weniger machen radioaktiver Müll als ein herkömmlicher Kernreaktor. Viele Thoriumabfälle können wiederverwendet werden. Nach 10 Jahren ist der Kraftstoff zu 83 % stabil und kann in Industrie und Medizin wiederverwendet werden. Die verbleibenden 17 % hochradioaktiven Abfalls aus Thoriumreaktoren müssen dann 300 Jahre sicher gelagert werden, bevor die Radioaktivität auf unschädliche Werte abgesunken ist, während Uran 10.000 bis 1.000.000 Jahre sicher gelagert werden muss.[12]

Kraftstoffversorgung

Thorium kommt in der Erdkruste dreimal häufiger vor als Uran und im Gegensatz zu Uran können 100 % des verfügbaren Thoriums zur Energiegewinnung genutzt werden.[12][13] Thorium kommt vor allem in Australien, den Vereinigten Staaten, der Türkei und Indien, aber auch in Norwegen vor. Thorium ist aufgrund seiner hohen Verfügbarkeit insbesondere für diese Länder eine nützliche Energiequelle. Der Einsatz von Thoriumreaktoren soll diese Länder beim Import weniger abhängig vom Ausland machen fossile Brennstoffe wie Öl oder Gas. Wenn Thoriumreaktoren in Zukunft richtig durchstarten, könnte sogar mit der Gewinnung und dem Export von Thorium Geld verdient werden.

Klimawandel

Wie bei regulären Kernkraftwerken auf Uranbasis erfolgt die Energiegewinnung aus Thorium ohne Treibhausgase kostenlos (obwohl für die Gewinnung des Materials im Bergbau ein Mindestbetrag Kohlendioxid veröffentlicht).[9]

Nachteile

Praktisch alle Kernkraftwerke der Welt basieren auf der Spaltung von Uran (eventuell mit Plutonium vermischt). Der Großteil der Forschung wurde und wird an diesen Kraftwerken durchgeführt. Im Gegensatz zu Thorium-Pflanzen wurde daher viel Geld in die Entwicklung von Uran-Pflanzen investiert. Ein weiterer Nachteil von Thorium besteht darin, dass zunächst immer spaltbares Material (Uran-233, Uran-235 oder Plutonium-239) vorhanden sein muss, um in Kombination mit Thorium die Kernspaltung einzuleiten.

Wie bei der Uranspaltung wird auch beim Thoriumprozess radioaktives Material freigesetzt. Dies ist jedoch mengenmäßig nur ein Bruchteil im Vergleich zu herkömmlichen Urankraftwerken, denn ein Thoriumkraftwerk verbraucht fast sein gesamtes Spaltmaterial. Während die radioaktiven Produkte bei der Uranspaltung bis zu 100.000 Jahre gelagert werden müssen, sind es bei Thoriumanlagen nur 300 Jahre. Diese Produkte sind jedoch viel höher radioaktiv, was die Abtrennung der problematischen Aktiniden erschwert.

Der Vorteil, dass ein Thoriumreaktor weniger brauchbares Material für die Herstellung von Atomwaffen produziert, kann auch für Atomwaffenbefürworter ein Nachteil sein. Atommächte tatsächlich von einer konstanten Produktion von Material profitieren, das für die Herstellung von Atomwaffen verwendet werden kann. Aus diesem Grund wurde in den 1960er Jahren auch die Nutzung von Kernenergie auf Basis von Uran anstelle von Thorium beschlossen, was die Entwicklung von Thoriumreaktoren in den USA und Russland zeitweise stoppte.[14]

Ebenso wie fossile Brennstoffe ist das Angebot an gewinnbarem Thorium endlich. Wie lange die Thoriumreserven für den Betrieb von Kraftwerken ausreichen werden, ist derzeit schwer vorherzusagen, da Thorium noch nicht kommerziell genutzt wird.

Externe Links