Figura 1. Torio, numero atomico 90 e peso atomico 232.0381.
Il torio è il 90 ° elemento sulla tavola periodica, il secondo elemento più pesante sulla Terra. Il torio è noto per il suo potenziale di fornire energia nucleare nei reattori nucleari, proprio come l’uranio che è l’attuale combustibile nucleare dominante. Fu scoperto nel 1828 dal chimico svedese Jons Jakob Berzelius, che lo chiamò Thor, il dio norreno del tuono., Solo un isotopo di torio si trova in natura, che è Torio-232.
Il torio è un elemento “fertile”, il che significa che quando assorbe un neutrone subirà una serie di reazioni nucleari fino a diventare un isotopo “fissile”, in questo caso diventa Uranio-233. Questo uranio-233 può quindi essere utilizzato come combustibile nucleare, in quanto decade fornendo energia che potrebbe essere utilizzata all’interno di un reattore.
Il torio è circa 3 volte più abbondante dell’uranio nella crosta terrestre, con una concentrazione di 9,6 parti per milione., In paesi come l’India e la Cina, la quantità di risorse di torio è molto più grande della quantità di uranio che hanno, quindi lo sviluppo del torio come parte del combustibile nucleare è un’area di grande interesse.
Torio come combustibile
Figura 2. Il torio è contenuto e prodotto dalla monazite, un minerale naturale.
Per essere usato come combustibile per generare elettricità, il torio deve passare attraverso la trasmutazione mediante l’assorbimento di un neutrone., L’uranio-233 è il sottoprodotto utile di questo, in quanto è fissile e può sostenere una reazione a catena nucleare. Una volta che l’uranio-233 è prodotto, può essere separato chimicamente per essere trasformato in un nuovo combustibile o utilizzato direttamente nella stessa forma, come nei reattori a sale fuso. I reattori CANDU possono attualmente bruciare torio come combustibile, se mescolato con uranio, tuttavia il CNSC non ha ancora concesso in licenza questo. C’è così tanto uranio disponibile in Canada non c’è motivo di preoccuparsi.
Analogamente all’uranio-238, è necessario un neutrone affinché il torio inizi la trasformazione di esso in un combustibile fissile., Per questo è necessario utilizzare un “driver” per fornire questi neutroni, che possono essere Uranio-233 o 235, o Plutonio-239, che sono tutti difficili da fornire. I reattori che funzionano usando il torio usano l’uranio come questo driver, quindi sono noti per funzionare sul ciclo del combustibile Torio-uranio (Th-U).
Vantaggi
Il ciclo del combustibile Th-U ha alcuni vantaggi interessanti rispetto ai reattori più comuni che utilizzano il ciclo Uranio-Plutonio. Prima di tutto, può essere utilizzato nei reattori di generazione termica, mentre l’uranio non può., Ciò significa che se il combustibile esaurito viene rielaborato, non richiederà di nuovo un driver di uranio-235, poiché l’allevamento produce più combustibile fissile di quello originariamente utilizzato (Visitare la pagina del reattore dell’allevatore per maggiori dettagli). L’uranio-238 può essere allevato pure, tuttavia richiede un reattore allevatore veloce, che ha aumentato le complicazioni. In secondo luogo, il combustibile Th-U non produce elementi transuranici poiché non vi è Uranio-238 irradiato a elementi nocivi come plutonio, americio, cadmio, ecc. Ciò rende i rifiuti di torio molto meno dannosi su scale temporali più grandi.,
Svantaggi
L’uso del torio come combustibile presenta anche alcuni inconvenienti. Una vasta esperienza con il torio nell’industria nucleare è molto rara, principalmente a causa dell’uso costante dell’uranio come combustibile, ma anche perché i progetti sperimentali non sono facilmente finanziati come quelli già provati. Il torio è anche un po ‘ più difficile da preparare, poiché sono necessarie alte temperature per produrre combustibile solido. Combustibile liquido, come utilizzato in un reattore a sale fuso, tuttavia, non incorrere in questo problema., Un altro inconveniente è il decadimento gamma coinvolto nel ciclo Th-U, come alcuni nuclei figlia hanno decadimenti gamma associati che sono difficili da proteggere e quindi costano più soldi per farlo.
Torio per il futuro del nucleare
Il torio ha un sacco di potenziale per il futuro dell’energia nucleare, tuttavia ci sono molte idee sbagliate su quanto potenziale ha.
Un vantaggio principale del torio è che ce n’è molto; come accennato prima c’è circa 3 volte più torio dell’uranio nella crosta terrestre., Tuttavia, attualmente la quantità di torio che è economica da estrarre è circa la stessa dell’uranio (vedi riserva vs risorsa). Quindi, a meno che un paese non abbia molto più torio dell’uranio come l’India e la Cina, il fatto che ci sia più torio non influenza le attuali esigenze di carburante. In futuro, tuttavia, le risorse conosciute di torio possono diventare riserve potenziali se sono economiche da perseguire.,
Reattori a sale fuso
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Un altro vantaggio è il suo uso nei reattori a sale fuso (MSR), uno dei sei reattori nucleari di IV generazione, tuttavia gli MSR non sono esclusivi del torio come molti pensano; possono e hanno usato l’uranio come combustibile, con il primo reattore di ricerca MSR funzionante con tetrafluoruro di uranio-235 disciolto (UF4). I reattori a sale fuso alimentati al torio sono spesso indicati come reattori al torio al fluoro liquido (LFTR).
Il torio ha però i suoi vantaggi in un MSR., I MSR possono elaborare i prodotti di decadimento dovuto il loro uso dei liquidi piuttosto che dei combustibili solidi. Questo è utile perché quando Torio-232 assorbe un neutrone beta decade a Proactinio-233, che ha un’emivita di 27 giorni, e potrebbe assorbire neutroni nel reattore che è indesiderato. Pertanto il Proactinium-233 può essere rimosso, lasciato decadere in Uranio-233 (il combustibile fissile desiderato) e quindi reintrodotto nel reattore in un secondo momento.,
C’è molto ottimismo per il torio, specialmente all’interno dei MSR, e la ricerca e lo sviluppo sono perseguiti da molti paesi in tutto il mondo, tra cui Giappone, Russia, Cina, India, Francia e altro ancora.
Video
Il video qui sotto è tratto dal progetto video periodico dell’Università di Nottingham. Hanno creato una suite completa di brevi video su ogni elemento sulla tavola periodica degli elementi. Il team di educazione energetica non è d’accordo con l’affermazione nel video che c’è una quantità relativamente scarsa di uranio nel mondo., Inoltre, l’implicazione nel video che l’uranio e il plutonio sono stati utilizzati nelle centrali nucleari a causa dell’uso in tempo di guerra è discutibile.
