Μπορεί το θόριο να οδηγήσει σε καθαρή πυρηνική ενέργεια;

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 αντιδραστήρα 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.