Το θόριο και το όνειρο της καθαρής πυρηνικής ενέργειας

Η πυρηνική ενέργεια θα μπορούσε να γίνει φθηνότερη, ασφαλέστερη αλλά και πολύ καθαρότερη αν το ουράνιο έδινε τη θέση του στο θόριο, ένα ελαφρώς ραδιενεργό στοιχείο που υπάρχει σε μεγάλα αποθέματα. Ήδη, ένας πειραματικός αντιδραστήρας στη Νορβηγία ανοίγει το δρόμο για την «επανάσταση του θορίου».

Όπως αναφέρει το Reuters, η Ινδία -μια χώρα φτωχή σε ουράνιο- πειραματίζεται εδώ και χρόνια με το θόριο, το οποίο θέλει να καταστήσει βασικό καύσιμο της πυρηνικής βιομηχανίας της. Ανάλογα προγράμματα τρέχουν επίσης στις ΗΠΑ, τη Βρετανία, τη Γερμανία, τη Βραζιλία, την Ινδία, την Κίνα, τη Γαλλία, την Τσεχία, την Ιαπωνία, τον Καναδά, το Ισραήλ και την Ολλανδία.

Το θόριο, ένα γυαλιστερό μέταλλο που παίρνει το όνομά του από τον Θορ, τον θεό του κεραυνού στη σκανδιναβική μυθολογία, είναι τρεις με τέσσερις φορές πιο άφθονο στη Γη από ό,τι το ουράνιο.

Κανονικά δεν είναι είναι σχάσιμο, δηλαδή δεν μπορεί να συντηρήσει μια αλυσιδωτή πυρηνική αντίδραση. Όταν όμως βομβαρδίζεται με νετρόνια από μια μικρή ποσότητα ουρανίου ή πλουτωνίου, το θόριο-232 μετατρέπεται σε ουράνιο-233, ένα πυρηνικό καύσιμο πρώτη τάξης.

Το θόριο έχει χρησιμοποιηθεί πειραματικά και σε συμβατικούς αντιδραστήρες, θα ήταν όμως ιδανικό για έναν αντιδραστήρα διαφορετικού σχεδιασμού, ο οποίος δεν ψύχεται με νερό αλλά με λιωμένο αλάτι.

Ο αντιδραστήρας αυτός θα περιείχε στην καρδιά του έναν πυρήνα από γραφίτη, μέσα στον οποίο κολυμπάει μια ποσότητα ουρανίου-233 διαλυμένη μέσα σε λιωμένα άλατα φθορίου. Γύρω από τον πυρήνα βρίσκεται μια δεξαμενή με θόριο-232, επίσης διαλυμένο σε υγρό αλάτι.

Το ουράνιο εκπέμπει νετρόνια τα οποία διαπερνούν το γραφίτη, φτάνουν στο θόριο και το μεταστοιχειώνουν σε ουράνιο-233. Το ουράνιο αυτό μεταφέρεται από την εξωτερική δεξαμενή στον πυρήνα, ενώ στη δεξαμενή προστίθενται νέες ποσότητες θορίου. Το μείγμα λιωμένου αλατιού και ουρανίου κυκλοφορεί συνεχώς μέσα σε έναν ανταλλάκτη θερμότητας, ο οποίος τροφοδοτεί μια γεννήτρια και παράγει τελικά ηλεκτρική ενέργεια.

Ένα από τα πλεονεκτήματα αυτού του σχεδιασμού είναι το υψηλό σημείο τήξης των αλάτων φθορίου, το οποίο φτάνει τους 1.400 βαθμούς Κελσίου. Αυτό σημαίνει ότι ο αντιδραστήρας μπορεί να λειτουργεί στην κανονική ατμοσφαιρική πίεση, σε αντίθεση με τους αντιδραστήρες που ψύχονται με νερό, οι οποίοι πρέπει να λειτουργούν σε πολύ υψηλή πίεση για να εμποδίζεται ο βρασμός του νερού.

Επιπλέον, ο αντιδραστήρας λιωμένων αλάτων δεν θα μπορούσε να υποστεί τήξη του πυρήνα, αφού τα καύσιμα βρίσκονται ήδη σε υγρή μορφή. Σε περίπτωση υπερθέρμανσης, το μείγμα θα έλιωνε ένα πώμα από παγωμένο αλάτι στον πυθμένα του συστήματος, οπότε τα καύσιμα και το αλάτι θα έπεφταν σε μια δεξαμενή κάτω από τον αντιδραστήρα, όπου θα στερεοποιούνταν και θα μπορούσαν να ανακτηθούν για μελλοντική χρήση.

Οι αντιδραστήρες αυτοί θα ήταν επίσης πολύ αποδοτικότεροι από τους συμβατικούς αντιδραστήρες, οι οποίοι εκμεταλλεύονται μόλις το 3 με 5 τοις εκατό της ενέργειας στις ράβδους ουρανίου.

Σύμφωνα με επιτροπή του βρετανικού κοινοβουλίου που υποστηρίζει τη χρήση του θορίου (All Party Parliamentary Group on Thorium) ένας τόνος θορίου θα προσέφερε την ίδια ποσότητα ενέργειας με 250 τόνους ουρανίου σε έναν συμβατικό αντιδραστήρα νερού υπό πίεση.

Επιπλέον, οι αντιδραστήρες ρευστού άλατος θα άφηναν πολύ λιγότερα πυρηνικά απόβλητα, καθώς  το θόριο καταναλώνεται στην αντίδραση σχεδόν στο σύνολό του.

Το μεγαλύτερο μέρος του υπολείμματος θα έπαυε να είναι ραδιενεργό σε περίπου 30 χρόνια, και μόνο το 17% των αποβλήτων θα χρειάζονταν ασφαλή αποθήκευση για διάστημα 300 ετών.

Συγκριτικά, τα πιο επικίνδυνα από τα απόβλητα των σημερινών αντιδραστήρων πρέπει να αποθηκεύονται για 10.000 χρόνια.

Οι αντιδραστήρες ρευστού άλατος δεν αποκλείεται να έχουν ένα ακόμα πλεονέκτημα: όπως αναφέρει το Reuters, οι υποστηρικτές τους πιστεύουν ότι οι αντιδραστήρες θορίου θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την εξουδετέρωση των υφιστάμενων πυρηνικών αποβλήτων.

Η νεοσύστατη αμερικανική εταιρεία Transatomic Power σχεδιάζει να κατασκευάσει αντιδραστήρες λιωμένου άλατος για την αξιοποίηση και την εξουδετέρωση πυρηνικών αποβλήτων, των οποίων η συνολική ποσότητα σε όλο τον κόσμο εκτιμάται στους 270.000 τόνους.

Όπως λέει ο Ρας Ουίλκοξ, διευθύνων σύμβουλος της εταιρείας, «υπάρχουν αρκετά απόβλητα στις ΗΠΑ για να τροφοδοτούν τη χώρα με ηλεκτρική ενέργεια επί έναν αιώνα».

Προς το παρόν, πάντως, ο μόνος αντιδραστήρας που χρησιμοποιεί θόριο για την παραγωγή ενέργειας είναι το σύστημα που ενεργοποίησε τον Απρίλιο στη Νορβηγία η Thor Energy, την οποία στηρίζει και ο γίγαντας της πυρηνικής ενέργειας Westinghouse, μέλος του ομίλου Toshiba.

Οι δοκιμές στον αντιδραστήρας που βρίσκεται στο Χάλντεν της Νορβηγίας έχουν στόχο να δείξουν ότι το θόριο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική λύση στους σημερινούς αντιδραστήρες ουρανίου.

«Αυτό είναι ένα βασικό πρώτο βήμα προς την επανάσταση του θορίου» λέει ο διευθύνων σύμβουλος της Thor Energy Όισταϊν Άσπιελ.

Πηγή : in.gr

Διαβάστε ακόμα : Θόριο: το μυστικό του θεού των κεραυνών (ΒΗΜΑScience)

Νέα τεχνολογία για τον εμπλουτισμό ουρανίου βασίζεται σε λέιζερ

Η αμερικανική κυβέρνηση αναμένεται να δώσει το πράσινο φως για την κατασκευή του πρώτου εργοστασίου που χρησιμοποιεί λέιζερ για να διαχωρίσει τα χρήσιμα ισότοπα του ουρανίου από τα άχρηστα. Η νέα τεχνολογία υπόσχεται να μειώσει σημαντικά το κόστος των πυρηνικών καυσίμων, ωστόσο δημιουργεί ανησυχίες για την αξιοποίησή της από χώρες που θέλουν να αναπτύξουν πυρηνικά όπλα.

Το ακατέργαστο μετάλλευμα που δίνουν τα ορυχεία ουρανίου σε όλο τον κόσμο αποτελείται κατά 99% από το ισότοπο ουράνιο-238, το οποίο δεν είναι σχάσιμο και επομένως δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πυρηνικά εργοστάσια ή όπλα. Χρήσιμο είναι μόνο το ουράνιο-235, το οποίο όμως αντιστοιχεί μόλις στο 0,7% του φυσικού ουρανίου.

O διαχωρισμός του ουρανίου–235 από το ουράνιο-238 ονομάζεται εμπλουτισμός και είναι μια ιδιαίτερα δύσκολη υπόθεση, αφού τα δύο ισότοπα έχουν ακριβώς τις ίδιες χημικές ιδιότητες. Οι σημερινές μέθοδοι εμπλουτισμού αξιοποιούν το γεγονός ότι το ουράνιο-238 έχει ελαφρώς μεγαλύτερη πυκνότητα, αφού περιέχει τρία επιπλέον νετρόνια στον πυρήνα του.

Η μέθοδος της αέριας διάχυσης, μια από τις δύο σημερινές τεχνικές εμπλουτισμού, εκμεταλλεύεται το γεγονός ότι, όταν το ουράνιο μετατραπεί σε αέρια μορφή, το ουράνιο-235 είναι πιθανότερο να περάσει μέσα από μια ημιπερατή μεμβράνη και να διαχωριστεί έτσι από το ουράνιο-238.

Η δεύτερη μέθοδος εμπλουτισμού είναι η φυγοκέντρηση, κατά την οποία ένα αέριο μείγμα των ισοτόπων περιστρέφεται σε μεγάλες ταχύτητες, οπότε το βαρύτερο ουράνιο-238 συγκεντρώνεται στα τοιχώματα του περιστρεφόμενου δοχείου, ενώ το ελαφρύτερο ουράνιο-235 παραμένει στο κέντρο.

Τώρα, η αμερικανική Ρυθμιστικής Αρχής Πυρηνικής Ενέργειας εξετάζει την αίτηση των εταιρειών General Electric και Hitachi για την κατασκευή ενός εργοστασίου εμπλουτισμού που θα βασίζεται στη νέα μέθοδο SILEX (Separation of Isotopes by Laser Excitation,διαχωρισμός ισοτόπων μέσω διέγερσης με λέιζερ).
Ορισμένοι ειδικοί ανησυχούν όμως ότι η τεχνολογία SILEX θα μπορούσε να αξιοποιηθεί από άλλες χώρες για την ανάπτυξη πυρηνικών όπλων. Η Αμερικανική Φυσική Εταιρεία, για παράδειγμα, υποστηρίζει ότι τα εργοστάσια SILEX θα ήταν μικρότερα σε έκταση από τα εργοστάσια φυγοκέντρησης, και επομένως θα ήταν πιο εύκολο να κρυφτούν. Άλλοι ειδικοί επισημαίνουν ότι οι περισσότερες χώρες δεν έχουν επαρκή τεχνογνωσία για διαχωρισμό με φυγοκέντρηση, διαθέτουν όμως αρκετούς επιστήμονες που ειδικεύονται στα λέιζερ.
Με την τελική απόφασή της που αναμένεται το Σεπτέμβριο, η Ρυθμιστικής Αρχή πιστεύεται ότι θα δώσει πράσινο φως για την κατασκευή εργοστασίου SILEX στη Βόρεια Καρολίνα.

Οι λεπτομέρειες της τεχνολογίας είναι απόρρητες, ωστόσο οι αρχές στις οποίες βασίζεται είναι γνωστές. H δέσμη του λέιζερ έχει ένα πολύ συγκεκριμένο μήκος κύματος, έτσι ώστε να διεγείρει και ιονίζει τα άτομα ουρανίου-235. Αντίθετα, τα άτομα ουρανίου-238 δεν μετατρέπονται σε ιόντα και μπορούν να απομακρυνθούν από το μείγμα με τη βοήθεια ενός μαγνήτη.

Η νέα μέθοδος υπόσχεται να μειώσει το κόστος της διαδικασίας κατά τρεις φορές σε σχέση με τη μέθοδο της φυγοκέντρησης και κατά πέντε φορές σε σχέση με τη μέθοδο της αέριας διάχυσης.

Η Ρυθμιστικής Αρχής Πυρηνικής Ενέργειας έχει ζητήσει τη γνώμη του Πενταγώνου για το κατά πόσο αυξάνεται ο κίνδυνος διασποράς των πυρηνικών όπλων, κατηγορείται όμως ότι δεν ζήτησε τη συμβουλή άλλων υπηρεσιών και ειδικών. Η GE τονίζει από την πλευρά της ότι έχει λάβει όλα τα μέτρα προκειμένου να αποτραπεί η διαρροή των τεχνικών λεπτομερειών, και παρήγγειλε ανεξάρτητη έκθεση που δείχνει ότι η τεχνολογία SILEX δεν αυξάνει τον κίνδυνο διασποράς.

Το πλήρες άρθρο στο περιοδικό Nature

Πληροφορίες για το ουράνιο (Βικιπαίδεια)