211service.com
Renare kärnkraft?
Senatorer som representerar flera västerländska stater, inklusive Utahs Orrin Hatch och senatens majoritetsledare Harry Reid, från Nevada, arbetar med lagstiftning för att främja torium. De säger att det är ett renare brinnande bränsle för kärnkraftverk, med potential att halvera högnivåvolymer av kärnavfall.
En renare glöd: Bränslekapslar med torium och uran i denna forskningsreaktor vid Ryska Kurchatov-institutet kan bidra till att minska avfallet från befintliga och framtida kärnkraftverk. Kurchatov och Thorium Power, baserade i McLean, VA, skalar upp kapslarna till 3,5-meters bränslestavar för användning i kommersiella kraftverk.
De är oroade över att det använda bränslet från kärnreaktorer hamnar i deras stater, säger Seth Grae, ordförande för toriumbränsleteknikutvecklare Toriumkraft , baserat i McLean, VA.
Nukleära vakthundar säger att Thorium Powers teknologi har verklig potential. Dessutom säger de att lagstiftningen behövs. Det skulle tvinga Department of Energy (DOE) och Nuclear Regulatory Commission, som reglerar kärnkraftsindustrin, att skapa nya kontor vid byråerna för att studera toriumbränslealternativ och främja deras användning utomlands.
Det är mycket vettigt enligt min uppfattning, säger Thomas Cochran, chef för kärnkraftsprogrammet vid the Naturresursförsvarsrådet , i Washington. Han säger att kongressåtgärder behövs för att övervinna motståndet inom DOE mot att utforska torium.
Att använda torium i befintliga reaktorer innebär att ompröva den en gång genomgående kärnbränslecykeln som används idag i de flesta länder, inklusive USA. Cykeln startar med uranoxidbränsle anrikat med den klyvbara uranisotopen U235. Klyvning av uran i en reaktor genererar värme för att driva ett kärnkraftverks turbiner, och det producerar en högradioaktiv blandning av klyvningsnedbrytningsprodukter, inklusive plutonium som kan återvinnas för att tillverka kärnvapen. Andra klyvningsprodukter bromsar kedjereaktionen, vilket kräver byte av bränsle vartannat eller vartannat år. Det använda bränslet tas bort och lagras på plats i väntan på begravning.
DOE arbetar på ett högnivåavfallsförvar vid Yucca Mountain, i Nevada. Men anläggningen kommer inte att öppna förrän om minst ett decennium till, och det finns liten politisk vilja att bygga fler sådana platser. Under tiden, Privat bränsleförvaring , baserat i Salt Lake City, fortsätter med en kontroversiell mellanlagringsplats på indianland, med en 20-årig licens och en möjlighet att förnya. Det är ganska mellanlandning, säger Grae.
Thorium Power lanserades 1992 för att kommersialisera en process som minskar mängden giftigt avfall som produceras av traditionella reaktorer. Processen utvecklades av den avlidne kärnkraftsforskaren Alvin Radkowsky, en framstående designer av den amerikanska flottans reaktorer och tidiga kommersiella kärnkraftverk. Radkowskys schema förlitar sig på både torium- och uranbränslen, vilket gör det mer komplext i fronten. Men att göra det håller det mesta av bränslet i reaktorn längre, och det producerar avfall som är mindre giftigt.
Varje bränslepatron bär en blandning av två olika bränslestavar. De flesta är stavar som innehåller pellets av toriumoxid. Torium kan inte upprätthålla en kedjereaktion på egen hand som U235 kan, men det kan absorbera neutroner för att bilda en annan klyvbar isotop av uran som kommer: U233. I Thorium Powers design tillförs dessa neutroner av de återstående stavarna, som är solida legeringar av zirkonium och klyvbart U235-anrikat uran.
Grae säger att Thorium Powers hybridbränsleaggregat är designade för att fungera som drop-in-ersättningar för uranoxidbränsle i tryckvattenreaktorer, den vanligaste reaktorkonstruktionen i världen. Reaktorerna kräver endast minimala modifieringar. Den viktigaste justeringen är användningen av mer exakta kranar för att sätta in och ta bort bränslepatroner för att möjliggöra separat utvinning av uranstavarna. Grae säger att detta är nyckeln till avfallsminskningen eftersom det mesta av torium stannar i reaktorhärden i nio år. (Uranstavarna, som konventionellt uranoxidbränsle, byts ut oftare.)
Thorium Power planerar att testa detta bränslesystem inom tre år, med start i en tryckvattenreaktor i Ryssland. Testerna kommer att genomföras i samarbete med Kurchatov-institutet , ett kärnkraftsforskningscenter i Moskva. Institutet har testat uthålligheten hos Thorium Powers bränslematerial i fyra år samtidigt som man skalat upp en uran-zirkoniumextruderingsprocess för att producera de 3,5 meter långa stavarna som används i de ryska reaktorerna.
Om stavarna håller, förväntar sig experter att Thorium Powers plan kommer att lyckas eftersom hybrid-torium- och uranbränslekonceptet redan är bevisat. Flera tidiga gaskylda kärnreaktorer på 1950- och 60-talen använde ett utsäde-och-mantelbränslesystem som konceptuellt liknar Thorium Powers. Och några tidiga vattenkylda reaktorer som den första reaktorn i Indian Point, NY, fungerade på 1960- och 70-talen med bränslestavar fyllda med en torium-uranblandning. Men torium föll i onåd när kärnkraftsindustrin standardiserade kring uran, särskilt efter att uranbränsle sjönk till bottenpris efter olyckan på Three Mile Island 1979.
Att dumpa bränsle vartannat år ser mindre tilltalande ut idag, med uranpriserna som stiger snabbt och högaktivt avfall som hopar sig vid kommersiella reaktorer över hela USA. Toriumbränsle svarar också på växande oro över spridningen av klyvbart material som kan användas i kärnvapen. Thoriums biprodukter producerar intensiv gammastrålning, vilket gör dem svåra att hantera av blivande bombtillverkare. Thorium Power fokuserar sina marknadsföringsinsatser på utvecklingsländer i Mellanöstern, Asien och Latinamerika som funderar på att bygga sina första reaktorer; Grae slår vad om att en design som hindrar spridning av kärnvapen kommer att göra reaktorer lättare att finansiera i sådana länder. Företaget vänder sig också till Indien, som hoppas kunna exploatera sina stora toriumreserver.
Utmaningen för toriumförespråkare är att DOE redan förespråkar en annan bränslecykel som lovar att minska avfallet och hantera spridningsrisker: en så kallad sluten bränslecykel, där kemisk upparbetning återvinner plutonium från använt uranbränsle för återanvändning i konventionella reaktorer.
Upparbetning är centralt för DOE:s Globalt kärnenergipartnerskap (GNEP), varigenom stora kärnkraftsaktörer som USA skulle garantera uranbränsletillförsel till länder som lovar att återlämna använt bränsle – det plutonium inom vilket kan användas för att tillverka kärnvapen.
GNEP har många kritiker som hävdar att upparbetningen av använt bränsle kommer att bli kostsamt, kommer att öka snarare än begränsa risken för avledning av klyvbart material och kommer att göra lite för att minska högaktiva avfallsvolymer. DOE:s plan är att bränna återvunnet plutonium genom att blanda det med uran. Detta ger ett hetare och giftigare använt bränsle som bara kan förbrännas i uppfödningsreaktorer. Dessa reaktorer har hittills visat sig omöjliga i kommersiell skala. (Se Det bästa kärnkraftsalternativet.)
Grae insisterar på att Thorium Power i det långa loppet skulle kunna dra nytta av ökad upparbetning eftersom dess bränslesystem ger ett bättre utlopp för det återvunna plutoniumet: att ersätta uran som neutronkälla för Thorium Powers toriumbränslestavar. 2005 utvärderade kärnteknikjätten Westinghouse Thorium Powers system som ett alternativ för att bränna överskott av militärt plutonium, och företaget förutspådde att detta skulle vara betydligt billigare, snabbare och mer effektivt än att bränna plutonium med uran.