A jövő energiája? Kína újraindította a tóriumforradalmat

Kínai tudósok jelentős mérföldkövet értek el a tiszta energia technológiájában, miután sikeresen üzemanyagot juttattak egy működő, olvadt só alapú tóriumreaktorba – számolt be a kínai állami sajtó.

A Guangming Daily szerint a 2 megawattos kísérleti reaktor a Góbi-sivatagban található, és ez a teljesítmény Kínát az élre helyezi a gyakorlatban is használható tóriumreaktor kifejlesztéséért folytatott versenyben – a tóriumot régóta bőségesebbnek és biztonságosabbnak tartják az uránnál – írja a Popular Mechanics.

Kína nagymértékben támaszkodott az Egyesült Államok korábban elhagyott kutatásaira

Az 1960-as években amerikai tudósok építettek és teszteltek olvadt sóval működő reaktorokat, ám Washington végül elvetette ezt az irányt, és az uránalapú technológiát részesítette előnyben. „Az Egyesült Államok kutatási eredményeit nyilvánosan elérhetővé tette, és csak a megfelelő utódra várt. Mi lettünk az utód” – mondta Xu Hongjie, a projekt vezető tudósa. „Néha a nyúl hibázik vagy ellustul. Ilyenkor a teknős kihasználja az alkalmat” – tette hozzá. Az urán (U) a maghasadásos atomreaktorok sztárja – ez a legelterjedtebb típus a világon. A legtöbb ilyen reaktort az urán-235 izotóppal működtetik, de nem az urán az egyetlen nehézfém, amely hatalmas energiát képes felszabadítani maghasadáskor.

Évtizedeken át a tóriumot a tiszta energia „zöld reménységének” tartották, mivel kevesebb hulladékot és több energiát termel, mint az urán, ellenáll az olvadásnak, nem termel hadászati minőségű melléktermékeket, és képes lehet elhasznált plutóniumkészletek feldolgozására is. Tavaly a Kínai Tudományos Akadémia kutatói bemutatták, hogy ez a 2 megawattos reaktor képes biztonságosan elindulni és működni, most pedig egy újabb mérföldkövet értek el: sikerült működés közben újratölteni. A leggyakoribb tóriumizotóp, a tórium-232 önmagában nem képes fenntartani a láncreakciót, ám egy extra neutron befogása révén protaktíniummá alakul, amely U-233-má bomlik le. Ezt a folyamatot extrém sugárzásnak való kitettség révén lehet elérni, amely elég neutront bocsát ki a transzmutációhoz. A protaktíniumot ezután el kell távolítani az aktív zónából, mielőtt túl sok neutron veszne el. Az U-233 bomlása újrahasznosítható új üzemanyagként, vagy akár közvetlenül is használható, amit jellemzően olvadt sóval működő reaktorokban valósítanak meg – mint ez az új tóriumreaktor.

Az olvadt sóval működő reaktorok újra reflektorfénybe kerültek

Ezek a reaktorok évtizedes szünet után ismét a figyelem középpontjába kerültek. Majdnem egymilliárd dollárt költöttek az 1950-es években olvadt sóval működő bombázó repülőgépek fejlesztésére, amelyek tóriumot használtak energiaforrásként. Az első működő olvadt sóval működő reaktort az amerikai Oak Ridge Nemzeti Laboratórium fejlesztette ki; 1965 és 1969 között több mint 13 000 órán át működött teljes kapacitáson, de az Energiaügyi Minisztérium elveszítette érdeklődését, és csak a 2000-es évek elején kezdtek újra fejlesztéseket.

A kutatási anyagok azonban nyilvánosan elérhetők maradtak, így Kína végül felfedezte őket, és ezek alapján fejlesztette ki saját reaktorát. Az olvadt só pedig továbbra is vonzó lehetőség. A legtöbb atomerőmű vizet használ hűtőközegként, de mivel a víz illékony, magas nyomást kell fenntartani, hogy folyékony maradjon. Ennek hiányában a víz elpárologhat, a reaktor üzemanyaga pedig túlmelegedhet és megolvad. Az olvadt só használata megakadályozza a radioaktív anyagok elszivárgását, mivel forráspontja jóval magasabb, mint a reaktor hőmérséklete. Túlmelegedés esetén a só kitágul, ezzel megszakítva a reakciót. Az olvadt só nemcsak hűtőközegként, hanem üzemanyagként is használható – ez pedig szivárgás esetén hasznos, mivel az üzemanyag kihűlve megdermed. A kínai reaktor mind hűtőközegként, mind üzemanyagként sót használ.

A tórium: egy bőségesebb és „zöldebb” üzemanyag

A tórium nemcsak bőségesebb, mint az urán, hanem nehezebben is használható nukleáris fegyverek előállításához. Bár a Th-232-ből keletkező U-233 elvileg alkalmas fegyvergyártásra, nem olyan robbanékony, mint például az U-235. Ezért nem éri meg illegális atomfegyverhez használni. Kína már építi a jóval nagyobb, 10 megawattos tóriumreaktort, amely várhatóan 2030-ra éri el a kritikus teljesítményt. Az orosz–ukrán háború által kirobbantott energiaválság nyomán az atomenergia reneszánszát éli.

A kínai tóriumtartalékok egy „kimeríthetetlen energiaforrást” rejtenek

Ahogy a világ alternatívát keres a fosszilis energiahordozók helyett, lehet, hogy a válasz mindig is szem előtt volt. Egy 2020-ban zárult titkosított kutatás szerint Kína már így is a világ legnagyobb tóriumtartalékával rendelkezik, és ezek a készletek a korábbi becsléseket jóval meghaladhatják. Az egyik belső-mongóliai vasércbányában öt évnyi bányászati hulladék elegendő tóriumot tartalmaz ahhoz, hogy az Egyesült Államok lakosságának energiaszükségletét több mint ezer évig fedezze – áll a Geological Review című kínai folyóirat januári számában. Ha teljes mértékben kiaknázzák, a Bayan Obo bánya akár 1 millió tonna tóriumot is termelhet – ez elegendő lenne Kína energiaellátására 60 000 éven keresztül.

Tóriumalapú alternatíva az uránreaktorokhoz is

Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma (DOE), a Texas A&M Egyetem Nukleáris Tudományi és Mérnöki Központja, valamint az Idaho Nemzeti Laboratórium (INL) együttműködött a chicagói Clean Core Thorium Energy (CCTE) céggel egy új tóriumalapú nukleáris üzemanyag kifejlesztésére, amelyet ANEEL-nek neveztek el. Az ANEEL – angolul „Advanced Nuclear Energy for Enriched Life” – egy szabadalmaztatott keveréke a tóriumnak és az alacsonyan dúsított, de magas izotópkoncentrációjú uránnak (HALEU). Célja, hogy megoldást nyújtson a nukleáris reaktorok legnagyobb problémáira: a magas költségekre és a mérgező hulladékra. Az ANEEL hagyományos forralóvizes és nyomottvizes reaktorokban is alkalmazható, de leginkább nehézvizes reaktorokban hozza a legjobb teljesítményt. Ráadásul ezek a reaktorok sokkal gyorsabban üzembe helyezhetők, mint az uránalapúak.

Az ANEEL egyik kulcsfontosságú előnye, hogy sokkal magasabb az égési hatékonysága: akár 55 000 MWd/T, míg a természetes uránnal működő reaktoroké átlagosan csak 7 000 MWd/T. Ez azt jelenti, hogy az üzemanyag hosszabb ideig maradhat a reaktorban, így ritkábban kell azt leállítani újratöltés miatt. Az indiai Kaiga-1 egység és a kanadai Darlington PHWR egység tartják a világrekordot megszakítás nélküli üzemidőben: 962, illetve 963 nap. Az ANEEL további előnye, hogy az égés során a plutónium-hulladék több mint 80%-kal csökken. A plutónium felezési ideje körülbelül 24 000 év – ez még mindig hosszú, de jóval kevesebb, mint az U-235-é, amely meghaladja a 700 millió évet. A plutónium rendkívül mérgező, már kis dózisban is sugárbetegséget, rákot és halált okozhat. Továbbá a tórium alacsonyabb üzemi hőmérsékleten és magasabb olvadásponton működik, mint a természetes urán – ezáltal biztonságosabb és kevésbé hajlamos reaktormagolvadásra.

A tórium megújuló energiaforrásként is figyelemre méltó

A Föld kérgében kétszer annyi tórium található, mint urán, Indiában pedig négyszer annyi. Ráadásul, akárcsak az urán, a tórium is kivonható a tengervízből – így gyakorlatilag kimeríthetetlen energiaforrássá válhat. Az ANEEL lehet a jövő üzemanyaga olyan országok számára, amelyek CANDU (kanadai nehézvizes uránreaktor) vagy PHWR típusú (nyomottvizes, nehézvizes) reaktorokat üzemeltetnek – például Kína, India, Argentína, Pakisztán, Dél-Korea vagy Románia. További 50 ország – főként fejlődő államok – már elindította nukleáris programját, vagy tervezi azt. Jelenleg a világon működő mintegy 440 atomreaktor közül nagyjából 50 alkalmas az új típusú üzemanyag használatára.

FORRÁS: Popular Mechanics

(Nethuszár)