Bakgrunn: Thorium til massene

Kina og India utvikler kjernekraftverk drevet med thorium. Thorium finnes i større mengder enn uran, og gir mindre farlig atomavfall. Men thorium-kraftverk har også sine problemer.

Published
Reaktorrommet i en av de første thoriumreaktorene som ble laget, den amerikanske eksperimentelle Molten-Salt Reactor Experiment fra 1965. Framtidas kinesiske thorium-reaktorer vil også trolig bruke smeltet salt som kjølemedium. (Foto: ukj, US. government)
Reaktorrommet i en av de første thoriumreaktorene som ble laget, den amerikanske eksperimentelle Molten-Salt Reactor Experiment fra 1965. Framtidas kinesiske thorium-reaktorer vil også trolig bruke smeltet salt som kjølemedium. (Foto: ukj, US. government)

India har de nest største thoriumforekomstene etter Australia, og satser på å utvikle thoriumkraftverk.

En forsøksreaktor skal stå ferdig i år, og fem til skal bygges og stå ferdige innen 2017, ifølge nettstedet til World Nuclear Association, som organiserer kjernekraftindustrien.

Kina satser også på thoriumkraftverk. I en pressemelding fra det kinesiske atomenergibyrået SNPTC fra 23. februar i år heter det at thorium-baserte reaktorer vil bli en viktig pilar i energiforsyningen.

Norge har trolig verdens tredje største reserver av thorium. Men kartleggingen av forekomstene er stort sett gammel, indirekte og mangelfull, noe som selskapet Norsk Thorium nå vil gjøre noe med.

Norges thorium-satsing står fortsatt på vent, tross en utredning fra 2008 . Et mulig industrieventyr fra i fjor har også en usikker utgang.

Trygg, ren og rikelig

Hvorfor har thorium blitt et slags løsenord for tilhengere av kjernekraft? Et viktig svar er den såkalte Rubbia-reaktoren. Den ble lansert av en italiensk fysiker med stor faglig tyngde og prestisje, Carlo Rubbia.

Rubbias thorium-reaktor skiller seg grunnleggende fra andre reaktortyper. Den lover idiotsikker drift, mindre farlig avfall og til og med muligheten for å ødelegge det atomavfallet som allerede finnes.

Men eksperter forskning.no har snakket med, mener at sikkerhetgevinsten er marginal i forhold til andre nye konstruksjoner. De kan kjøres både med thorium og dagens uranbaserte drivstoff.

Det som fortsatt får thorium til å skinne, er mindre produksjon av atomavfall, sammen med den spesielle avfallshåndteringen i Rubbia-reaktoren.

Og - ikke minst - de store forekomstene av dette grunnstoffet. Det finnes nemlig fire ganger så mye thorium i jordskorpen som uran.

Kjernebrenselet som ikke spaltes

Mineralet monazitt, som inneholder de største forekomstene av thorium i verden. I Fensfeltet er det mineralet derimot raubergitt som inneholder thorium. (Foto: U.S. Geological Survey)
Mineralet monazitt, som inneholder de største forekomstene av thorium i verden. I Fensfeltet er det mineralet derimot raubergitt som inneholder thorium. (Foto: U.S. Geological Survey)

Grunnstoffet thorium er oppkalt etter den norrøne tordenguden. Thorium som finnes i naturen, er nesten ikke radioaktivt. Og den vanligste formen av thorium er umulig å spalte. Så hvordan kan da thorium brukes i kjernekraftverk?

- Det er ikke thorium i seg selv som spaltes. Thorium er bare det første stoffet i en kjede av kjernereaksjoner, som kalles thorium-syklusen. Sluttproduktet er uran-233. Det er dette stoffet som spaltes og gir energi, forteller Sunniva Rose, stipendiat i reaktorfysikk ved Universitetet i Oslo.

Den viktigste forskjellen mellom uran-233 og uranspaltningen i vanlige kjernereaktorer, er sluttproduktene.

Mindre avfall, bedre utnyttelse

- I en vanlig reaktor har nemlig atomkjernenene større sannsynlighet for å fange inn nøytronene, slik at uranet blir omdannet til såkalte transuraner, fortsetter Rose.

Transuraner er grunnstoffer som kan være radioaktive i opptil flere hundre tusen eller millioner av år. Det er disse transuranene som er vanskelige å lagre sikkert.

- Uran-233 har derimot mye større sannsynlighet for å bli spaltet når det treffes av et nøytron. Det gir derfor mindre av de farlige transuranene, og mer av spaltningsprodukter som brytes ned etter hovedsakelig hundre år, sier Rose.

- Thorium som kjernekraftbrensel har også en annen fordel. Uran-233 som dannes, kan hentes ut og resirkuleres. Dermed kan brenselet brukes om igjen. Thorium gir mer effektiv bruk av kjernebrenselet enn uran, forklarer hun.

Farvel, atomavfall

Den tyske AVR-forsøksreaktoren, som var i drift fra 1967 - 1988. Reaktoren prøvet ut flere drivstoff, blant dem thorium. (Foto: Maurice van Bruggen, Creative Commons, se lisens)
Den tyske AVR-forsøksreaktoren, som var i drift fra 1967 - 1988. Reaktoren prøvet ut flere drivstoff, blant dem thorium. (Foto: Maurice van Bruggen, Creative Commons, se lisens)

Alt dette er fordeler ved bruk av thorium, uansett hvordan reaktoren bygges. I tillegg kan den spesielle Rubbia-reaktoren faktisk bryte ned de transuranene som allerede finnes.

- Dette er likevel ikke noe Rubbia-reaktoren er alene om, understreker Rose.

- Spesielt de såkalte minoritetsaktinidene, som americium, vil i teorien være enklere å bryte ned i en Rubbia reaktor, utfyller Per Wethe. Han er pensjonert kjernefysiker fra Institutt for energiteknikk.

- Dette er imidlertid ikke noe stort poeng, siden samme resultat kan oppnås både i en såkalt hurtig breeder-reaktor og i en konvensjonell reaktor, fortsetter han.

- Blant annet Frankrike har utviklet forsøksreaktorene Phénix og Superphénix, som viser at dette lar seg gjøre. Og flere av de kommende generasjon-4-reaktorene er slike breeder-konstruksjoner, sier Rose.

Idiotsikker

Rubbia-reaktoren ble også kjent for å være nærmest fullstendig idiotsikker. Sikkerheten ligger i den spesielle konstruksjonen, som ble lansert allerede på 1990-tallet av den italienske fysikeren, tidligere CERN-direktør og nobelprisvinner Carlo Rubbia.

Denne reaktoren må ha en nøytronstråle fra en akselerator for at kjernereaksjonene skal gå. Akseleratorer er i vanlig bruk på forskningsinstitusjoner som CERN. Den største er LHC, Large Hadron Collider, som forskerne håper skal kunne forteller mer om hvordan Universet oppstod.

Uten nøytronstrålen fra akseleratoren stanser reaksjonene momentant i Rubbia-reaktoren. Kjernereaksjonene kan ikke løpe løpsk under noen omstendigheter, slik som i Tsjernobyl-ulykken.

I andre typer thorium-reaktorer kommer ikke nøytronene fra en utvendig akselerator, men fra små mengder tradisjonelt kjernebrensel blandet inn i thoriumet.

- Sikkerhetsforbedringen i Rubbia-reaktoren er liten, mener Per Wethe.

- Med dagens vestlige reaktorkonstruksjoner er faren for en løpsk kjedereaksjon av den typen vi så i Tsjernobyl, nesten bare av teoretisk interesse, sier han.

Tsjernobylreaktoren var dessuten av en helt annen konstruksjon enn dagens vestlige reaktorer.

Sabotasjesikker

Sunniva Rose
Sunniva Rose

Rubbia-reaktoren har også et annet fortrinn. Den er konstruert for å tåle bevisst sabotasje.

Skulle noen overopphete reaktoren med vilje, vil det smeltede blyet som sirkulerer rundt kjernen og leder bort varmen, utvide seg og flomme inn i reaktorkammeret. Hele reaktoren vil bli innkapslet i en kjerne av størknet bly.

Likevel mener Sunniva Rose at selv dagens vestlige reaktorer har mye av den samme passive sikkerheten.

- De er blant annet konstruert slik at staver som sluker nøytronstrømmen, holdes aktivt ute av reaktoren. Svikter strømmen, så faller de ned i reaktoren med tyngdekraftens hjelp, og stanser reaksjonene, forklarer hun.

Thorium i alle reaktorer

Thorium kan i prinsippet brukes i alle former for reaktorer, også dagens konstruksjoner. Per Wethe forteller at ved Institutt for energiteknikk har det også vært forsket på thorium som kjernekraftbrensel.

- Ved å bruke thorium som brensel i dagens reaktortyper, vil du få akkurat de samme sikkerhetsproblemene som ved bruk av det vanlige uranbrenselet, fortsetter han.

Det betyr at en tradisjonelt konstruert thoriumreaktor er like utsatt for nedsmelting ved manglende kjøling som reaktorene i Fukushima.

- Restvarmen i et thoriumkraftverk er avhengig av spaltningsproduktene, og de er omtrent de samme som med det vanlige uranbrenselet, sier Wethe.

- Dette gjelder også dersom man har en akseleratordrevet reaktor, som Rubbia-reaktoren. Spaltningsprodukter har man uansett, tilføyer Rose.

Rubbia et sidespor

Thorium-reaktorer avgir også lokalt mye gammastråling. Den trenger lett gjennom kroppen, og kan gi strålingsskader. Dette krever sikkerhetsprosedyrer ved drift av thoriumkraftverk.

- Gammastråling er lett å oppdage, men dermed også vanskelig å hanskes med, sier Sunniva Rose.

Hun er enig med Per Wethe i at Rubbia-reaktoren ikke er noe sesam-sesam for atomkraften.

- Thorium som drivstoff i kjernekraft er spennende, men det er mange mulige veier å gå med thorium-teknologien. Det er ikke nødvendig å utvikle en helt ny reaktorteknologi, som Rubbia-reaktoren, for å utforske dette grunnstoffet, mener hun.

Rubbia-feber

Likevel fikk det norske innovasjonsfirmaet Aker Solutions et kort anfall av Rubbia-feber ifjor. De kjøpte rettighetene til teknologien, og satte i gang sin britiske avdeling i Stockton-on-Tees.

I juli 2010 var David Ley fra Aker Solutions i møte med det kinesiske atomenergibyrået SNPTC for å markedsføre Rubbia-reaktoren.

Høsten 2010 vant Aker Solutions til og med en pris for fremragende innovasjon for sitt Rubbia-prosjekt. Den såkalte Accelerator Driven Thorium Reactor (ADTR) var planlagt klar for markedet rundt 2030.

- 600 megawatt-størrelsen på ADTR kraftverket fyller et hull i markedet, og ville være gunstig for mindre utviklingsland som ønsker å gå over til kjernekraft, heter det blant annet i en brosjyre.

Men rett før jul 2010 solgte Aker Solutions prosess- og konstruksjonsdelen av virksomheten sin til amerikanske Jacobs Engineering Group.

Og nå svever hele ADTR-prosjektet i tåka. Jacobs-konsernet har ikke svart på forskning.nos henvendelser, og ved Stockton-kontoret får vi opplyst at ADTR-prosjektet er satt på vent i håp om en avklaring de neste ukene eller månedene.

Rubbia-rekyl

Rubbia-reaktoren har også fått motbør. Kanskje ikke uventet er Bellonas talsmann Nils Bøhmer skeptisk.

“Beregninger gjort av MIT viser at skal man drive Rubbia-reaktoren energieffektivt, vil den produsere omtrent like store mengder med langlivet radioaktivt avfall som tradisjonelle urankraftverk”, heter det på en internettside som Bellona publiserte i 2007, da oppmerksomheten rundt Rubbia-reaktoren var stor i Norge.

- Dette er både sant og usant, repliserer Sunniva Rose.

- Hvis du ikke gjør noe med avfallet du får, kan du få endel transuraner, som er langlivede. Men uranet kan gjenvinnes, og da vil det spaltes, slik at man får kortlivede spaltningsprodukter.

Bøhmer hevder også thorium-reaktorer og spesielt Rubbias konstruksjon kan brukes til å produsere våpenplutonium fra naturlig uran, som finnes tilgjengelig i store mengder.

- Dette er også riktig, sier Rose.

- Men selv om Rubbia-reaktoren kan brukes slik, er den ikke spesielt fordelaktig til denne bruken framfor dagens konstruksjoner.

Tja til thorium

Da CERN-forskeren Egil Lillestøl rundt 2006 var med å sette thorium på den politiske agendaen, resulterte det blant annet i at Olje- og energidepartementet i 2007 ga Norges forskningsråd i oppdrag å utrede thorium som energikilde.

Til venstre Carlo Rubbia, nobelprisvinner i fysikk og tidligere direktør ved det internasjonale forskningssenteret for partikkelfysikk, CERN. Til høyre for ham Egil Lillestøl, Siv Jensen og Fremskrittspartiets energipolitiske talsmann Ketil Solvik-Olsen, på besøk for å bli informert om Rubbias reaktorteknologi i 2006. (Foto: CERN)
Til venstre Carlo Rubbia, nobelprisvinner i fysikk og tidligere direktør ved det internasjonale forskningssenteret for partikkelfysikk, CERN. Til høyre for ham Egil Lillestøl, Siv Jensen og Fremskrittspartiets energipolitiske talsmann Ketil Solvik-Olsen, på besøk for å bli informert om Rubbias reaktorteknologi i 2006. (Foto: CERN)

- Jeg registrerer at rapporten utvalget har avlevert, ikke gir grunnlag for å avvise eller omfavne thorium som brensel. Regjeringens politikk ligger fortsatt fast, det betyr at det foreligger ingen planer om å tillate bygging av kjernekraftanlegg i Norge, sier olje- og energiminister Åslaug Haga da rapporten ble overrakt 15. februar 2008.

Rapporten anbefaler også at videre forskning på thorium bør gjøres i samarbeid med EUs EURATOM.

“Utvalget anbefaler på bakgrunn av IFEs meget anerkjente internasjonale kompetanse på kjernebrensel at det oppmuntres til undersøkelser av thoriumbrensel i Haldenreaktoren. IFE vil vurdere nærmere om og hvordan dette best kan gjøres”, skriver IFEs daværende direktør Kjell Bendiksen i en kommentar på instituttets nettsider like etter at rapporten var offentliggjort.

Og IFE er fortsatt i vurderingsfasen, ifølge Per Wethe. Thorium er ikke lenger spesielt hett i Norge. Men kanskje kan utviklingen i India og Kina endre dette.

Thorium til massene

For selv om Norge har vannkraft og gass, og er lite motivert for utvikling av thoriumkraft, er verdens mest folkerike nasjoner på vei ut av fattigdommen. Velstanden drives av energi, og driver selv energibehovet videre opp.

Kina vil utvikle thorium-kjernekraft der kjølevæsken er smeltet salt med svært høy temperatur. Det gir en mer effektiv overføring av varmeenergi til kraftturbinene, og bedre sikkerhet, fordi det ikke er damp ved høyt trykk som kan eksplodere.

India har de nest største thoriumforekomstene etter Australia, og satser på å utvikle thoriumkraftverk.

En forsøksreaktor skal stå ferdig i år. Fem reaktorer til skal bygges og stå ferdige innen 2017, ifølge nettstedet til World Nuclear Association, som organiserer kjernekraftindustrien.

- Thorium er en av flere muligheter. Uranprisene har vært lave, men vil ganske sikkert stige. Selv om Fukushima-katastrofen har satt kjernekraften på en midlertidig venting, så vil verdens energibehov også kreve mer kjernekraft, mener Sunniva Rose.

Lenker:

Thoriumutvalgets rapport, på norsk og på engelsk (pdf)

Indias planer for kjernekraft, dokument fra Indias Department of Atomic Energy (krever Flash)