Kina skal teste kjerne­reaktor som går på thorium

Kina er store på kjernekraft, forteller Ole Christen Reistad ved Institutt for energiteknikk. Illustrasjonsbilde fra kjernekraftanlegg i Tsjekkia.
Kina er store på kjernekraft, forteller Ole Christen Reistad ved Institutt for energiteknikk. Illustrasjonsbilde fra kjernekraftanlegg i Tsjekkia. Foto: Martin Lisner / Shutterstock / NTB

Kina håper å lage strøm basert på thorium og flytende salt.

En eksperimentell reaktor i utkanten av Gobi-ørkenen skal gå på thorium. Anlegget stod ferdig i slutten av august. Det skriver Nature.

De første testene var planlagt å starte i løpet av september.

Forskningsreaktoren skal lage nok strøm til 1000 hjem.

Hvis prosjektet blir vellykket vil Kina i neste omgang bygge ut et thorium-drevet kraftverk som kan produsere 373-megawatt innen 2030. Det er nok til å gi strøm til hundretusener av hjem, ifølge Nature.

50 år gammelt prinsipp

Tradisjonelle kjernekraftverk går på uran i fast form og bruker som oftest vann som kjølemiddel og moderator. Forskningsreaktoren i Kina av et annet design.

Istedenfor uran brukes thorium som er oppløst i flytende salter.

En bit med (litt korrodert) thorium. Thorium ble oppdaget i 1828 av den svenske kjemikeren Jöns Jakob Berzelius i forbindelse med analyser av et nytt mineral som Morten Thrane Esmark hadde funnet på Løvøya ved Brevik i Langesundsfjorden. (Lisens: CC BY-SA 3.0) https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thorium-2.jpg Foto: W. Oelen / Wikipedia
En bit med (litt korrodert) thorium. Thorium ble oppdaget i 1828 av den svenske kjemikeren Jöns Jakob Berzelius i forbindelse med analyser av et nytt mineral som Morten Thrane Esmark hadde funnet på Løvøya ved Brevik i Langesundsfjorden. (Lisens: CC BY-SA 3.0) https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thorium-2.jpg Foto: W. Oelen / Wikipedia

Teknologien ble utviklet for over 50 år siden, men har aldri vært tatt i bruk kommersielt. Kina startet opp en satsning på saltsmelteraktorer som bruker thorium i 2011.

Dette vil bli en av flere «perfekte teknologier» for at landet skal nå sine klimamål, sier energimodellør Jiang Kejun ved Energy Research Institute i Bejing til Nature. Kina har som mål å bli karbonnøytrale i 2060. Foreløpig får de 57 prosent av energien sin fra kullkraft, ifølge NRK.

Thorium er et avfallsprodukt knyttet til gruvedrift på sjeldne jordarter i landet.

Det er også blitt foreslått å ta i bruk thoriums-reaktorer i Norge. Det blir anslått at vi har 87.000 tonn thorium innenfor grensene våre, ifølge en rapport fra IAEA og OECDs kjernekraftbyrå fra 2014. Mesteparten av dette ligger i Fensfeltet i Telemark.

Annerledes teknologi

Sikkerheten er krevende uansett hvilken teknologi vi bruker, forteller Ole Christen Reistad, leder ved avdeling for Miljøsikkerhet og strålevern ved Institutt for energiteknikk. Foto: Mick Tully / IFE
Sikkerheten er krevende uansett hvilken teknologi vi bruker, forteller Ole Christen Reistad, leder ved avdeling for Miljøsikkerhet og strålevern ved Institutt for energiteknikk. Foto: Mick Tully / IFE

Ole Christen Reistad er leder ved avdeling for Miljøsikkerhet og strålevern ved Institutt for energiteknikk. Han er også tidligere reaktorsjef ved Jeep II-reaktoren på Kjeller i Norge.

Reistad sier til forskning.no at prosjektet i Kina absolutt er spennende.

– Det er mye ved teknologien som er interessant og som er annerledes enn uranteknologien.

Men han synes ikke det er selvsagt at denne teknologien vil bli sikrere enn andre.

– Jeg er en nøktern sjel i disse sammenhengene, sier den tidligere reaktor-sjefen.

Fra det eksperimentelle kraftverket og til et brukbart konsept, er veien lang og tornefull, sier Reistad. Han synes også det blir for tidlig koble prosjektet til klima og klimatiltak.

– Rent generelt så er det mye av diskusjonen på dette området preget av en teknologioptimisme knyttet til uprøvde systemer.

Lager mindre radioaktivt avfall

I teorien er det flere fordeler med en thorium-saltsmeltereaktor sammenlignet med tradisjonell kjernekraft.

Thorium

  • Thorium er et radioaktivt grunnstoff med atomnummer 90.
  • Et mineral med grunnstoffet ble oppdaget i Norge, og det ble analysert og kalt opp av svenske Jöns Jacob Berzelius.
  • Navnet kommer fra den norrøne guden Tor.
  • Norge har relativt store forekomster av thorium.
  • Mengden radioaktivt avfall kan bli mye mindre og er skadelig over kortere tid, ifølge boka «Vi er stjernestøv - kjernefysikk for folk flest» av Sunniva Rose.
  • Det produseres nærmest ikke plutonium som en del av avfallet. Det er vanskeligere å lage våpen ved hjelp av thorium.
  • Teknologien skal være nokså sikker. Hvis noe er i ferd med å gå galt kan saltsmelten tappes ned i et kammer under reaktoren. En saltsmeltereaktor opererer med høy temperatur men med lavere trykk enn vanlige reaktorer.

Thorium blir til uran

Thorium er såkalt fertilt. Det kan ikke spaltes direkte og frigi energi. I naturen finner vi grunnstoffet som thorium 232. Det er svakt radioaktivt og har en halveringstid på 14 milliarder år.

For få et brukbart stoff for kjernekraft må thorium først «spise» et nøytron, det fører til en liten serie av endringer som ender med at thorium blir til uran 233.

Denne isotopen er fissil, altså kan den spaltes og frigi mye energi.

Det blir ikke dannet plutonium som et avfallsstoff. I motsetning til når man begynner med uran.

Uran finnes naturlig, for det meste som uran 238 som ikke kan spaltes. Rundt 0,7 prosent finnes som uran 235, som er fissilt. Det er i hovedsak denne isotopen som spaltes og lager energi. Ofte anrikes uranet til å inneholde 3 - 5 prosent uran 235.

I reaktoren vil uran 235 for det meste lage energien, mens uran 238 spiser nøytroner og blir til plutonium og andre stoffer.

Plutonium kan brukes som brensel i et kjernekraftverk. Det kan også brukes til å lage atombomber, i likhet med uran 235 i høy nok konsentrasjon.

Trenger noe for å sette det i gang

Siden thorium er fertilt trenger man noe ekstra for å sette i gang reaksjonen.

– Det er noe av problemet, men også det som gjør det vanskeligere å utnytte thorium til våpen, sier Ole Christen Reistad.

– Du kan enten ha en partikkel-akselerator, eller du kan bruke annet fissilt materiale, uran eller plutonium og få prosessen i gang ved hjelp av det.

Altså slipper man ikke nødvendigvis unna å hanskes med stoffer som det er knyttet bekymring til.

Mulig å utnytte mer av brenselet

Reistad sier det stemmer at thorium gir avfall som ikke må lagres like lenge som avfall fra konvensjonelle kjernekraftverk.

– Det er prinsipielt viktig. Men vi vet ikke hvor praktisk annerledes det er. Om du må ta hånd om avfallet i noen tusen år eller i noen hundretusener år, så er jeg ikke sikker på hvor mye forskjell det må være i tiltakene de gjør nå. Siden mange av tiltakene også kommer fra rett og slett manglende aksept fra lokalmiljøet, sier Reistad.

Mengden avfall blir uansett mindre om thorium-brenselet resirkuleres og brukes flere ganger.

– Med saltsmelteteknologien kan du utnytte mye mer av materialet. I vanlige atomkraftverk så utnytter du bare noen få prosent av det tilgjengelige uranet, sier Reistad.

For det første er det meste av uranet ikke spaltbart. For det andre er det begrensninger knyttet til at uranet er i fast form.

– Uran-brenselet i tradisjonelle reaktorer har en bestemt geometri som pinner eller plater. Etter hvert som atomene spaltes endres brenslet litt, derfor kan man bare utnytte noen prosent før det blir deformert. Når du har en saltsmelte så er du ikke avhengig av å holde geometrien.

Er thorium sikrere?

– Er det tryggere med thorium og saltsmeltereaktor?

– Du benytter deg av prinsippet om at det skjer en kjedereaksjon. Sikkerheten er krevende uansett hvilken teknologi du bruker, sier Reistad.

Videre sier han at hvis du skal ha en økonomisk effektiv saltsmeltereaktor som gir lite avfall, så må brenselet resirkuleres.

– Det fordrer en reprosesseringsindustri som vi egentlig har gjort alt vi kan for å prøve å la være på uranområdet. Vi vil ikke ha uran sirkulerende rundt i samfunnet, og det har vist seg veldig krevende rent strålevernsmessig å få dette til på en akseptabel måte.

Avfallet fra thorium inneholder blant annet uran 233 som er fissilt og som kan brukes i våpen. Avfallet er også farlig på grunn av sterk gammastråling og må håndteres av roboter.

Andre utfordringer er at det kreves andre materialer enn det man er vant med for å ta vare på sterke salter blandet med radioaktivt avfall.

– Disse må kvalifiseres til også å kunne være egnet for ulykkessituasjoner og dette er et møysommelig arbeid som tar tid, sier Reistad.

Hadde vært på et annet sted hvis vi startet med Thorium for 50 år siden

Til tross for utfordringer sier Reistad at thorium-saltsmelte-reaktor er et veldig interessant konsept som prinsipielt har en del sider som kan gi sikrere kjernekraft.

– Det som gjør meg trist, tankeeksperimentmessig, er at når man startet med kjernekraft på 40- og 50-tallet, så startet man med utgangspunkt i uran. Hvis man isteden hadde startet med thorium så hadde vi kanskje nå vært langt fremme nå i å ha en bærekraftig kjernekraftindustri basert på sunnere prinsipper enn det vi har.

Reistad sier det vanskelig å si om andre land vil bli mer interessert i kjernekraft basert på thorium dersom Kina lykkes.

– Det er land som i dag er helt i tet på kjernekraft, for eksempel Tyskland, som har sagt at de prinsipielt ikke ønsker kjernekraft.

India derimot er interessert i å ta i bruk thorium og jobber med saken.

Kina er ikke bare interessert i kjernekraft basert på thorium. De er også store på konvensjonell kjernekraft.

– Hele det man kaller for «renessansen av kjernekraft» ligger primært i det som er Kinas utbygging. Det er ingen renessanse, det er en utbygging i Kina. Kina gjør en gigantjobb med å bygge helt vanlig standard kjernekraft i dag. Det er faktisk noe av det som gir oss håp som jeg vil tro er noe av bakgrunnen for det Kina går med på på klimaområdet.

– Spørsmålet er om Kina som samfunn har fått anledning til å veie risikoen knyttet til dette opp mot klimagevinsten, sier Reistad.

(Denne artikkelen ble først publisert på Forskning.no).

Personvernpolicy