zpravodajství životního prostředí již od roku 1999

Thorium - palivo budoucnosti?

29.06.2009
Energie
Thorium - palivo budoucnosti?
V jaderné energetice je thorium mnohými považováno za surovinu budoucnosti.

S jeho širším uplatněním se počítá v příštích 50 letech (Unak, 2000). Samotné 232Th přímo štepitelné není, ale využívá se jeho konverze na štěpitelný 233U:

232Th (n, γ) → 233Th (β, 23 min.) → 233Pa (β, 27 d.) → 233U

   Izotop 233U má větší účinný průřez a vyšší výtěžek štěpné (n,f) reakce než 235U a 239Pu, jež jsou používány v současnosti. Thorium produkuje odpad s nižší aktivitou než U nebo Pu a je proto považováno za ekologicky šetrnější. S thoriem pracují různé druhy množinových reaktorů rozdílných konstrukcí, např. reaktor typu HTGR (high-temperature gas-cooled reactor) nebo MSRE (molten salt converted reactor experiment). Reaktor HTGR je velmi perspektivní typ reaktoru. Má vysoké bezpečnostní parametry a poskytuje velmi vysokou teplotu na výstupu. Proto dosahuje vysoké účinnosti – až 40%. Chladícím mediem je helium. Z aktivní zóny vychází helium ohřáté na teplotu kolem 900°C a je vedeno přímo do soustavy parní turbíny a generátoru, kde se převádí jeho energie na elektřinu při poměrně vysoké účinnosti kolem 40%. Jako palivo se v reaktorech nejčastěji využívá ThO2 ve směsi s PuO2 nebo UO2.

Velké naděje se kladou též do reaktorů typu ADTT (Accelerator Driven Transmutation Technologies). U nich je narozdíl od dnešních reaktorů v reaktorové nádobě vždy podkritické množství paliva a reakce se dosahuje dodáváním neutronů z vnějšku, čímž je naprosto vyloučena možnost havárie v důsledku nekontrolovatelného nárůstu radioaktivity. Součástí systému ADTT je protonový urychlovač. Jím urychlené protony tříští jádra terčíku z těžkého materiálu, čímž se vytváří neutrony potřebné pro reakci v reaktoru. Protony jsou urychleny na obrovské energie 0,8 – 1,5 GeV. Při tříštění terče vzniká až 50 neutronů na jeden urychlený proton. Právě tento obrovský přebytek neutronů umožňuje provozovat reaktor jako podkritický. Intenzita reakce je tedy zcela regulována výkonem urychlovače a v každém okamžiku je možné reakci zastavit jeho vypnutím. Tento princip byl navržen již v padesátých letech a současnosti prožívá svou velkou renesanci. Kromě bezpečnosti je jeho výhodou též možnost spalovat kromě thoria i přebytky plutonia (jež je pozůstatkem z dob mohutného jaderného zbrojení) či odpad produkovaný současnými reaktory. Štěpení a transformace by mohly pravděpodobně pokračovat, dokud nezmizí všechny dlouhodobě radioaktivní prvky. Radioaktivita zbylého odpadu by pak během pár desítek let poklesla na úroveň materiálů, jež nás běžně obklopují. Tento odpad by tedy nebylo nutné ukládat do hlubinných jaderných úložišť. Dnes se předpokládá, že by celý cyklus včetně úplného zneškodnění paliva trval zhruba 100 let. Neznamená to ovšem, že se takto lze zbavit veškerého odpadu. Mezi jaderný odpad s dlouhým poločasem rozpadu patří i zařízení jaderné elektrárny či přesněji zařízení primárního okruhu včetně samotného reaktoru. To samozřejmě v reaktorech ADTT spalovat nelze. Reaktor na vlastní provoz spotřebuje jen asi čtvrtinu uvolněné energie, zbytek lze využít na výrobu elektřiny. Nevýhodou je zatím nedostatečná účinnost urychlovačů a některé nedokonale objasněné konstrukční záležitosti (např. chlazení terčíku či přechod protonů z vakua urychlovače do horkého terčíku). Nevýhodou může být též vyšší investiční náročnost celého systému, ale k přesným ekonomickým úvahám chybí dostatečné podklady zejména v oblasti nákladů na chemické technologie (separace).

   Ve světě se vývoj těchto reaktorů ubírá 2 hlavními směry:

1)     Koncepce CERN, kde se uvažuje heterogenní uspořádání aktivní zóny a použití 232Th jako paliva. Jako urychlovače se používá cyklotronu. V posledních verzích se výzkumné týmy přiklání k terči i chladivu z eutektika olovo-vizmut a reaktoru na rychlých neutronech.

2)     Koncepce Los Alamos, která vychází z odzkoušeného programu reaktoru chlazeného tekutými fluoridovými solemi z let 1950 – 1970. Experimentální reaktor o výkonu 7,5 MW byl v provozu v letech 1965 – 1970. Aktivní zóna je tvořena heterogenním moderátorem z grafitových válcových tyčí v trojúhelníkové mříži. V prostoru mezi nimi proudí směs fluoridů paliva a chladiva. Používají se flouridy lithia, berylia, uranu, aktinidů a zirkonu z pokrytí článků. Systém může pracovat jak v thoriovém cyklu, tak i spalovat aktinidy z vyhořelého paliva.

    Reaktorové experimenty s thoriem probíhaly či probíhají v USA, Německu, Anglii, Rusku, Japonsku, Číně a dalších zemích. Od roku 1995 je v Indii, která má poměrně velké zásoby thoria, v provozu jaderná elektrárna Kakrapar-2 pracující plně v thoriovém cyklu (reaktor typu PHWR – tlakový těžkou vodou chlazený a moderovaný reaktor) a další čtyři jsou ve výstavbě.

ZDROJ:www.propra.sweb.cz

Komentáře k článku. Co si myslí ostatní?

Další články
Chystané akce
INISOFT s.r.o.
27
7. 2017
27.7.2017 - Seminář, školení
Olomouc, ibis Olomouc Centre
ASIO, spol.s r.o.
28
7. 2017
28.7.2017 - Ostatní akce
od 09:30 do cca 11:00, na YouTube
Podněty ZmapujTo
Mohlo by vás také zajímat
Naši partneři
Složky životního prostředí