Abbildung 1. Thorium, Ordnungszahl 90 und Atomgewicht 232.0381.
Thorium ist das 90. Element im Periodensystem, das zweitschwerste Element der Erde. Thorium ist bekannt für sein Potenzial, Kernenergie in Kernreaktoren bereitzustellen, ähnlich wie Uran, das der derzeit dominierende Kernbrennstoff ist. Es wurde 1828 vom schwedischen Chemiker Jons Jakob Berzelius entdeckt, der es nach Thor, dem nordischen Donnergott, benannte., In der Natur findet sich nur ein Isotop von Thorium, nämlich Thorium-232.
Thorium ist ein „fruchtbares“ Element, was bedeutet, dass es, wenn es ein Neutron absorbiert, eine Reihe von Kernreaktionen durchläuft, bis es zu einem „spaltbaren“ Isotop wird, in diesem Fall zu Uran-233. Dieses Uran-233 kann dann als Kernbrennstoff verwendet werden, da es zerfällt und Energie liefert, die in einem Reaktor verwendet werden könnte.
Thorium ist in der Erdkruste mit einer Konzentration von 9,6 Teilen pro Million etwa dreimal häufiger als Uran., In Ländern wie Indien und China ist die Menge an Thoriumressourcen viel größer als die Menge an Uran, die sie haben, so dass die Entwicklung von Thorium als Teil von Kernbrennstoffen ein Bereich von großem Interesse ist.
Thorium als Brennstoff
Abbildung 2. Thorium ist in Monazit, einem natürlich vorkommenden Mineral, enthalten und wird daraus hergestellt.
Um als Brennstoff zur Stromerzeugung verwendet zu werden, muss Thorium die Transmutation durch die Absorption eines Neutrons durchlaufen., Uran-233 ist das nützliche Nebenprodukt davon, da es spaltbar ist und eine nukleare Kettenreaktion aufrechterhalten kann. Sobald Uran-233 hergestellt ist, kann es entweder chemisch abgetrennt werden, um zu einem neuen Brennstoff verarbeitet zu werden, oder direkt in derselben Form verwendet werden, z. B. in geschmolzenen Salzreaktoren. CANDU-Reaktoren können derzeit Thorium als Brennstoff verbrennen, wenn sie mit Uran gemischt werden, der CNSC hat dies jedoch noch nicht lizenziert. Es gibt so viel Uran in Kanada gibt es keinen Grund zu stören.
Ähnlich wie Uran-238 wird ein Neutron benötigt, damit Thorium die Umwandlung in einen spaltbaren Brennstoff initiieren kann., Dazu muss ein „Treiber“ verwendet werden, um diese Neutronen bereitzustellen, die Uran-233 oder 235 oder Plutonium-239 sein können, die alle schwer zu liefern sind. Reaktoren, die mit Thorium arbeiten, verwenden Uran als Treiber, daher ist bekannt, dass sie im Thorium-Uran-Brennstoffkreislauf (Th-U) laufen.
Vorteile
Der Th-U-Brennstoffkreislauf hat im Vergleich zu den gängigsten Reaktoren, die den Uran-Plutonium-Zyklus verwenden, einige faszinierende Vorteile. Zunächst einmal kann es in thermischen Züchterreaktoren verwendet werden, während Uran nicht., Dies bedeutet, dass bei einer Wiederaufbereitung des abgebrannten Brennstoffs kein Uran-235-Treiber erforderlich ist, da bei der Zucht mehr spaltbarer Brennstoff als ursprünglich verwendet wird (Weitere Informationen finden Sie auf der Züchterreaktorseite). Uran-238 kann auch gezüchtet werden, erfordert jedoch einen schnellen Züchterreaktor, der erhöhte Komplikationen aufweist. Zweitens produziert Th-U-Brennstoff keine transuranischen Elemente, da kein Uran-238 mit schädlichen Elementen wie Plutonium, Americium, Cadmium usw. bestrahlt wird. Dies macht Thorium Abfall viel weniger schädlich auf größeren Zeitskalen.,
Nachteile
Die Verwendung von Thorium als Brennstoff hat auch einige Nachteile. Umfangreiche Erfahrungen mit Thorium in der Kernindustrie sind sehr selten, hauptsächlich aufgrund des stetigen Einsatzes von Uran als Brennstoff, aber auch, weil experimentelle Projekte nicht so leicht finanziert werden können wie bereits bewährte. Thorium ist auch etwas schwieriger herzustellen, da hohe Temperaturen zur Herstellung fester Brennstoffe benötigt werden. Flüssiger Brennstoff, wie er in einem salzgeschmolzenen Reaktor verwendet wird, stößt jedoch nicht auf dieses Problem., Ein weiterer Nachteil ist der Gamma-Zerfall, der am Th-U-Zyklus beteiligt ist, da einige Tochterkerne Gamma-Zerfälle aufweisen, die schwer abzuschirmen sind und daher mehr Geld kosten.
Thorium für die Zukunft der Kernenergie
Thorium hat viel Potenzial für die Zukunft der Kernenergie, aber es gibt viele Missverständnisse darüber, wie viel Potenzial es hat.
Ein Hauptvorteil von Thorium ist, dass es viel davon gibt; Wie bereits erwähnt, befindet sich in der Erdkruste etwa dreimal mehr Thorium als Uran., Derzeit ist die Menge an Thorium, die wirtschaftlich zu extrahieren ist, jedoch ungefähr die gleiche wie Uran (siehe Reserve vs resource). Es sei denn, ein Land hat viel mehr Thorium als Uran wie Indien und China, Die Tatsache, dass es mehr Thorium gibt, beeinflusst den gegenwärtigen Brennstoffbedarf nicht. In Zukunft können jedoch bekannte Ressourcen von Thorium zu potenziellen Reserven werden, wenn sie wirtschaftlich zu verfolgen sind.,
Geschmolzene Salzreaktoren
Hauptartikel
Ein weiterer Vorteil ist die Verwendung in geschmolzenen Salzreaktoren (MSR), einem der Kernreaktoren der sechs Generation IV, jedoch sind MSRs nicht exklusiv für Thorium, wie viele Leute denken; Sie können und haben Uran als Brennstoff verwendet, wobei der erste MSR-Forschungsreaktor mit gelöstem Uran-235-Tetrafluorid (UF4) betrieben wird. Thoriumbetriebene geschmolzene Salzreaktoren werden oft als flüssige Fluorid-Thoriumreaktoren (LFTR) bezeichnet.
Thorium hat jedoch seine Vorteile in einer MSR., MSRs können Zerfallsprodukte aufgrund ihrer Verwendung von Flüssigkeiten und nicht von festen Brennstoffen verarbeiten. Dies ist nützlich, da wenn Thorium-232 ein Neutron absorbiert, es beta zu Proaktinium-233 zerfällt, das eine Halbwertszeit von 27 Tagen hat und Neutronen im Reaktor absorbieren könnte, was unerwünscht ist. Daher kann das Proaktinium-233 entfernt werden, zu Uran-233 (dem gewünschten spaltbaren Brennstoff) zerfallen und dann zu einem späteren Zeitpunkt wieder in den Reaktor eingeführt werden.,
Es gibt viel Optimismus für Thorium, insbesondere innerhalb von MSRs, und Forschung und Entwicklung werden von vielen Ländern auf der ganzen Welt verfolgt, darunter Japan, Russland, China, Indien, Frankreich und mehr.
Video
Das Video unten stammt aus dem Periodic videos Project der University of Nottingham. Sie haben eine komplette Suite von kurzen Videos zu jedem Element im Periodensystem der Elemente erstellt. Das Energy Education-Team ist nicht einverstanden mit der Aussage in dem Video, dass es eine relativ geringe Menge Uran in der Welt., Auch die Implikation in dem Video, dass Uran und Plutonium wegen des Kriegseinsatzes in Kernkraftwerken verwendet wurden, ist fraglich.
