PROTESTERER: Etter atomulykken i Japan har mange demonstrert mot bruken av kjernekraft, som denne mannen i Paris. Men thorium kan være et alternativt reaktorbrennstoff. Norge kan bidra ved å støtte nødvendig forskning og utnytte thorium fra Fensfeltet, skriver kronikkforfatteren. Foto: Scanpix
PROTESTERER: Etter atomulykken i Japan har mange demonstrert mot bruken av kjernekraft, som denne mannen i Paris. Men thorium kan være et alternativt reaktorbrennstoff. Norge kan bidra ved å støtte nødvendig forskning og utnytte thorium fra Fensfeltet, skriver kronikkforfatteren. Foto: ScanpixVis mer

Atomkraft for fremtiden?

Utnytter man thorium riktig, kan man få praktisk talt uuttømmelige ressurser.

Et av verdens første kjernekraftverk var den amerikanske Shippingport-reaktoren, som var i drift fra 1957 til 1982. Den brukte thorium som brensel i motsetning til dagens reaktorer som er basert på uran. Thorium er i det siste igjen blitt foreslått som reaktorbrensel. Vi skal se på hva som skiller thorium fra uran, hvilke fordeler det eventuelt har og hva som trengs for å benytte det som brensel i kjernekraftverk.

Thorium finnes naturlig i bare en variant, thorium 232, og er tre ganger så hyppig som uran. Norge har en betydelig forekomst i Fensfeltet. Thorium kan ikke spaltes direkte, men må omdannes til spaltbart materiale for å kunne bli utnyttet til energiproduksjon. Det skjer i reaktoren ved at thoriumkjernen fanger inn et nøytron og deretter blir til uran 233 i løpet av noen uker. Dette kan spaltes lett og mer effektivt enn uran, 235 som dagens reaktorer benytter seg av.

Dagens reaktorteknologi utnytter bare én prosent av uranet. Med formering (en prosess der det dannes flere nye spaltbare atomer enn det som forbrukes) kan uran eller thorium bli utnyttet nesten fullstendig, og ressursene varer tilsvarende lenger. Formering med thorium er mulig med grunnlag i dagens reaktorteknologi, mens formering med uran krever såkalte hurtige formeringsreaktorer som danner plutonium ut av det ikke spaltbare uran 238. De er ikke utprøvd.

Artikkelen fortsetter under annonsen

Når uran blir bestrålt og brent i en reaktor, dannes det også plutonium-isotoper og andre tunge stoffer med utgangspunkt i uran 238. Disse nye stoffene utvikler mye varme, kan være radioaktive i lang tid og må derfor spesielt tas hensyn til når det brukte brenselet skal lagres og sluttforvares. Thorium med atomvekt 232 har en opplagt fordel — det trengs seks mindre og mindre sannsynlige nøytron-innfangningsprosesser for å komme fra atomvekt 232 til 238 som uran allerede har som utgangspunkt. Brukt thoriumbrensel inneholder derfor praktisk talt ikke plutonium og er lettere å håndtere enn brukt uranbrensel.

Vi kan sammenfatte fordelene som thorium byr på: Det forekommer hyppigere i naturen enn uran, formeringsproduktet uran 233 kan spaltes effektivt, det dannes ikke plutonium, formering utnytter thorium fullstendig, og det brukte brenselet er lettere å håndtere enn brukt uranbrensel. Noen andre fordelaktige nukleære, fysikalske og kjemiske egenskaper kommer i tillegg og bidrar til sikker bruk og lagring.

Kjernekraft reiser ofte spørsmål om misbruk. Under bestråling av uran 233 oppstår det også uran 232 som ikke kan separeres kjemisk fra uran 233. Det er ganske radioaktivt og danner andre svært radioaktive stoffer. Strålingen fra disse gjør uran 232/233 blandingen vanskelig å bruke, men det er ikke umulig å benytte den til atomvåpen. Når det er sagt, må man også si at det fins atskillig lettere måter å lage atomvåpen på for dem som vil, for eksempel ved anrikning av uran.

Hvilke reaktortyper kan benytte thorium? Vi begynner med den mest kompliserte og avslutter med mindre krevende konsepter.

Ideen med en akseleratordrevet reaktor, lansert av Carlo Rubbia, ble diskutert i Norge for noen år siden. I en slik reaktor blir det ikke frigjort nok nøytroner gjennom spaltning for å opprettholde en kjedereaksjon. Underskuddet blir dekket ved å skyte protoner på tunge atomer som da frigir 30 til 50 nøytroner. Det byr på mange teknologiske utfordringer, ikke minst å utvikle en kraftig nok og driftssikker akselerator for å gi protonene den nødvendige høye energien. Det bygges en prototype ved forskningssenteret SCK•CEN i Belgia med støtte fra EU. Den kan bruke thorium, men det er ikke det primære målet med dette samarbeidet.

Saltsmeltereaktoren er en av «Generasjon IV» reaktortypene som nå blir studert nærmere og utviklet til prototyper. Kjølemiddelet er et salt som er flytende på driftstemperatur (over 600 grader). Den kan ha fast brensel, eller brenslet er oppløst i saltet og blir kontinuerlig renset og etterfylt. Formering med thorium er spesielt effektiv når man fortløpende skiller ut stoffet protactinium som oppstår i overgangen fra thorium til uran. Men det betyr også at man etter hvert får ganske rent uran 233 uten det farlige uran 232, noe som imidlertid gjør misbruk til våpenproduksjon lettere. Saltsmeltereaktorer har vært i drift som forskningsreaktorer, men denne reaktortypen byr fremdeles på betydelige teknologiske utfordringer.

En gasskjølt høytemperaturreaktor, THTR-300, med thorium som brensel var i drift i Tyskland fra 1983 til 1989. Den ble stengt av på grunn av tekniske og økonomiske problemer. Siden har særlig Sør-Afrika prøvd å videreutvikle teknologien, men prosjektet ble stoppet av økonomiske årsaker. Candu reaktorer ble utviklet i Canada og er i drift der og i noen andre land. Reaktortypen tar spesielt godt vare på nøytronene og kan bruke thorium på en forholdsvis uproblematisk måte. India utvikler en formeringsreaktor med utgangspunkt i denne teknologien.

Trykk- og kokevannsreaktorer er de mest utbredte typer reaktorer og kan bruke thorium på flere måter. De kan effektivt brenne plutonium i thoriumbrensel uten å lage nytt plutonium slik som det uunngåelig skjer i uranbrensel. De kan bruke thorium som effektiv nøytronabsorbator istedenfor andre nøytronabsorberende stoffer som er til ulempe etter at de har gjort sitt, mens det blir nyttig uran ut av thorium. Disse anvendelsene fyller et behov og er en god måte å introdusere thorium på i dagens reaktorer. Før slikt thoriumbrensel kan settes inn, må man prøvebestråle det for å skaffe data til sikkerhetsanalyser. Det kan skje i Halden-reaktoren der man har lang erfaring med utprøving av brenselstyper.

Å etablere thoriumbrensel krever ny infrastruktur til produksjon og på lengre sikt også gjenvinningsanlegg for å ekstrahere uran 233 fra brukt brensel til videre bruk i nytt brensel. Det er neppe mulig i direkte konkurranse med det vel etablerte og utprøvde uranbrenselet. Hvis man derimot introduserer thorium gradvis med anvendelser som supplerer uranbrensel, vil det kunne vokse og bli utvidet til en hel brenselssyklus med praktisk talt uuttømmelige ressurser.

Norge kan bidra ved å støtte nødvendig forskning, ikke minst på universitetene, og utnytte thorium fra Fensfeltet når tiden kommer.