figuur 1. Thorium, atoomnummer 90 en atoomgewicht 232.0381.
Thorium is het 90e element op het periodiek systeem, het op één na zwaarste element op aarde. Thorium staat bekend om zijn potentieel om kernenergie te leveren in kernreactoren, net als uranium dat de huidige dominante nucleaire brandstof is. Het werd ontdekt in 1828 door de Zweedse scheikundige Jons Jakob Berzelius, die het vernoemde naar Thor, de Noorse god van de donder., In de natuur wordt slechts één isotoop van thorium gevonden, namelijk Thorium-232.
Thorium is een “vruchtbaar” element, wat betekent dat wanneer het een neutron absorbeert het een reeks kernreacties zal ondergaan totdat het een “splijtbare” isotoop wordt, in dit geval wordt het Uranium-233. Dit Uranium-233 kan dan als kernbrandstof worden gebruikt, aangezien het vervalt en energie levert die in een reactor kan worden gebruikt.
Thorium is ongeveer 3 keer meer aanwezig dan uranium in de aardkorst, met een concentratie van 9,6 deeltjes per miljoen., In landen als India en China is de hoeveelheid thorium veel groter dan de hoeveelheid uranium die ze hebben, dus de ontwikkeling van thorium als onderdeel van nucleaire brandstof is een gebied van groot belang.
Thorium als brandstof
Figuur 2. Thorium is opgenomen in en geproduceerd uit Monaziet, een natuurlijk voorkomend mineraal.
om als brandstof voor de opwekking van elektriciteit te worden gebruikt, moet thorium transmutatie ondergaan door absorptie van een neutron., Uranium-233 is hiervan het nuttige bijproduct, omdat het splijtbaar is en een nucleaire kettingreactie kan doorstaan. Zodra Uranium-233 is geproduceerd, kan het chemisch worden gescheiden om tot een nieuwe brandstof te worden verwerkt of direct in dezelfde vorm worden gebruikt, zoals in gesmolten zoutreactoren. CANDU reactoren kunnen momenteel thorium verbranden als brandstof, indien gemengd met uranium, maar de CNSC heeft nog geen vergunning voor dit. Er is zoveel uranium beschikbaar in Canada dat er geen reden is om je er druk om te maken.
net als Uranium-238 is voor thorium een neutron nodig om de omzetting van thorium in splijtbare splijtstof in gang te zetten., Hiervoor moet een “driver” worden gebruikt om deze neutronen, die Uranium-233 of 235 of Plutonium-239 kunnen zijn, te leveren, die allemaal moeilijk te leveren zijn. Reactoren die werken met thorium gebruiken uranium als deze driver, dus ze zijn bekend dat ze draaien op de thorium-Uranium (Th-U) splijtstofcyclus.
voordelen
De splijtstofkringloop Th-U heeft een aantal intrigerende voordelen in vergelijking met de meest voorkomende reactoren die gebruik maken van de Uranium-Plutoniumcyclus. Ten eerste kan het worden gebruikt in thermische kweekreactoren, terwijl Uranium dat niet kan., Dit betekent dat als de verbruikte splijtstof opnieuw wordt verwerkt, er geen Uranium-235 driver meer nodig is, aangezien de kweek meer splijtbare splijtstof produceert dan oorspronkelijk werd gebruikt (zie de kweekreactor pagina voor meer details). Uranium-238 kan ook worden gekweekt, maar het vereist een snelle kweekreactor, die complicaties heeft verhoogd. Ten tweede produceert Th-U geen transuranische elementen, aangezien er geen Uranium-238 wordt bestraald voor schadelijke elementen zoals Plutonium, Americium, Cadmium, enz. Dit maakt thoriumafval veel minder schadelijk op grotere tijdschalen.,
nadelen
het gebruik van thorium als brandstof heeft ook enkele nadelen. Er is zeer weinig ervaring met thorium in de nucleaire industrie, vooral door het constante gebruik van uranium als brandstof, maar ook omdat experimentele projecten niet zo gemakkelijk gefinancierd worden als reeds bewezen projecten. Thorium is ook een beetje moeilijker te bereiden, omdat hoge temperaturen nodig zijn om vaste brandstof te produceren. Vloeibare brandstof, zoals gebruikt in een gesmolten zout reactor echter niet in dit probleem., Een ander nadeel is het gammaverlies betrokken bij de TH-U-cyclus, omdat sommige dochterkernen gammaverval hebben geassocieerd die moeilijk te afschermen zijn en daarom meer geld kosten om dit te doen.
Thorium voor de toekomst van kernenergie
Thorium heeft veel potentieel voor de toekomst van kernenergie, maar er zijn veel misvattingen over hoeveel potentieel het heeft. een belangrijk voordeel van thorium is dat er veel thorium is; zoals eerder vermeld is er ongeveer 3 keer meer thorium dan uranium in de aardkorst., Momenteel is de hoeveelheid thorium die economisch te extraheren is ongeveer hetzelfde als uranium (zie reserve vs resource). Dus tenzij een land veel meer thorium heeft dan uranium zoals India en China, heeft het feit dat er meer thorium is geen invloed op de huidige behoefte aan brandstof. In de toekomst kunnen bekende bronnen van thorium echter potentiële reserves worden als ze economisch zijn om na te streven.,
gesmolten zoutreactoren
hoofdartikel
een ander voordeel is het gebruik ervan in gesmolten zoutreactoren (MSR), een van de zes kernreactoren van de vierde generatie, maar MSR ‘ s zijn niet exclusief voor thorium zoals velen denken; zij kunnen en hebben uranium als brandstof gebruikt, waarbij de eerste MSR-onderzoeksreactor werkt met opgelost Uranium-235 tetrafluoride (uf4). Thorium-fueled gesmolten zout reactoren worden vaak aangeduid als vloeibare Fluoride Thorium reactoren (LFTR).
Thorium heeft echter wel zijn voordelen in een MSR., MSR ‘ s kunnen vervalproducten verwerken als gevolg van hun gebruik van vloeistoffen in plaats van vaste brandstoffen. Dit is nuttig omdat wanneer Thorium-232 een neutron absorbeert het beta vervalt tot Proactinium-233, die een halveringstijd van 27 dagen heeft, en neutronen in de reactor kan absorberen die ongewenst is. Daarom kan het Proactinium-233 worden verwijderd, tot uraan-233 (de gewenste splijtbare splijtstof) vervallen en op een later tijdstip weer in de reactor worden gebracht.,
Er is veel optimisme voor thorium, vooral binnen MSR ‘ s, en onderzoek en ontwikkeling wordt door veel landen over de hele wereld nagestreefd, waaronder Japan, Rusland, China, India, Frankrijk, en meer.
Video
onderstaande video is afkomstig van het periodieke videoproject van de Universiteit van Nottingham. Ze hebben een complete suite van korte video ‘ s gemaakt over elk element op het periodiek systeem der elementen. Het energy education team is het niet eens met de verklaring in de video dat er een relatief schaarse hoeveelheid uranium in de wereld is., Ook de implicatie in de video dat uranium en plutonium werden gebruikt in kerncentrales vanwege gebruik in oorlogstijd is twijfelachtig.
