Thorium

av Morven Muilwijk









s12s.JPG Thorium_Cooling_Towers.jpg

Innleiing

Thorium er eit radioaktivt grunnstoff med atomnummer 90, og symbol Th. Thorium blir sett på som eit alternativ til uran som kjernefysisk brensel, og blei oppkalla etter den norrønne tordenguden Thor. Metallet blei funnen av Norske Esmark, som gav prøven til den svenske kjemikaren Jöns Jakob Berzelius, som erkjanna grunnstoffet i 1828. I 1885 oppdaga Marie Curie og Gerhard Schmidt at stoffet var radioaktivt. Den har svært mange positive sider blant anna at den eller det radioaktive avfallet ikkje kan brukes til å lage atomvåpen, og at det finnes nok Thorium til å forsyne verden med energi slik dagens forbuk er i omlag 10000 år fram i tid. Derfor er det ikkje rart at Thorium også blir kalla energikjelde åt framtida.

Kvifor Kjernekraft og Thorium?391053464_2f130d9b57.jpg

Klimaendring og globaloppvarming er populære ord i media idag, og naturforskere har i dei siste åra blitt einige om at jordkloden vår er blitt kraftig sjuk .
James Lovelock er ein britisk naturvitenskapsmann og miljøaktivist som er mest kjend for teorien sin om jordkloden; Gaia-hypotesen.
Gaia-hypotesen framstillar jordkloden som eit gigantisk kybertetisk, altså sjølvregulerande system. Ut i frå hypotesen blir planeten sett på som ein einaste levande organisme, men den seier ikkje at den er det. Den viktigaste bodskap i hypotesen er at alt heng saman på ein dynamisk måte, og at feil kan rettast opp slik eit sår gror.
Lovelock rekna med at jordkloden i overskuelig framtid ville klare og absorbere menneskelege utslepp, skogbruk, folkeauke og plasskrevande jordbruk, utan å ta varig skade av det. Men i dei siste tiåra er nokon irreversible endringsprossesar igangsatt av menneske,og systemet er i ferd med å nå ein grensverdi der den kan slå over til noko heilt anna. Nett som man kan varme vatn lenge utan at det sluttar å vere flytande, men plutselig når det paserar ein grenseverdi går vannet over til damp.

Sjølv om dets effekt og ekspansjon er omstridt og regelmessig diskutert er klimakrisa mest sannsynlig den største utfordringa menneske nokosinne har stått overfor. Alle forskarar er enige om ein ting anngåande klimaproblematikken; at utsleppa av klimagasser må reduserast, og at man må gi opp bruken av fossilt brensel. Ein kombinasjon av alternative energikjelder og kjernefysiske energi er mest sannsynlig framtida for å dekke menneskes store energibehov.

Universet sies å ha oppstått som følgje av ein ureksplosjon av kosmisk omfang, The Big Bang. Små planeter som jorden kan ses på som klumper radioaktivt nedfall frå kjernefysiske eksplosjonar på størrels med stjerner. Vis dette ikkje var tilfellet ville me ikkje hatt forsyningar av dei kjernefysiske brenslane hydrogen, deuterium, uran og thorium. Atomenergi er ikkje den kraftigste energikjelda i universet. Intensiteten i tyngdekraften til sorte hull kan omdanne materie til energi med ein efektivitet på nesten 50 %, noko som gjer den nesten hundre ganger kraftigere enn atomenergi. Denne energien har me derimot ikkje klart å utnytte.

Skal man avskaffe fosile brennstoff, så er alternative miljøkjelder som biobrensel, vindkraft, bølgjekraft og liknande svært gode og miljøvenlige, men vil aldri klare å dekke vårt store energibehov sjølv om utbygginga av desse ville blitt intesivitert med 1000%. På stor skala medfører alternative energikjelder også fleire andre problem; produksjon av biobrensel krever blant anna mykje matjord, og me kan heller ikkje rekna me at me kan få all energien frå vind, tidevanns og solenergi utan at dette får konsenkvensar, og gjør ingrep på naturen. Alternativ energi er dermed ein svært viktig å satse på, men er ikkje aktuell å stå som einaste energikjelde forruten det ikkje skjer store teknologiske nyviningar inanfor fornybar energi.

Den høgaste mengda energi man kan få frå ein kjemisk reaksjon, som forbrenning av karbon i oksygen, er ni kiliowattimer per kilo. Kjernefysisk fusjon av hydrogenatomer for å danne helium gir fleire milionar ganger meir enn dette, og energien man får ved å spalte uran er enda større. Det er godt mulig at det i atomkjernen ligger ei mulig løysing til klima og energiproblematikken. Grunnen til at fleire og blant anna er negative til atomenergi er den store faren for utslepp av radioaktivt avfall, stråling og ulykkes risiko. I ein politisk debatt vert det viktig å samanlikne slike farer, konsekvensar og dagens utvikling.

Det finnes i dag to svært forskjellige kjelder til atomenergi. Den første, kjernefysisk fisjon, utnytter energien som frigjøres når dei store atoma til grunnstoffa som thorium, uran og plutonium deler seg. Det er denne som skapar energien til dei fleste atomreaktorar, atomvåpen og liknande. Den andre kjelda til atomernergi er fusjon av kjernane i lettare grunstoff som som hydrogen og hydrogenistopar. Det er denne energien som driver dei fleste stjerner, men kan ikkje forsyne oss med elektrisitet til allminnelig bruk, men den skapar del av den eksplosive krafta i hydrogenbomba.

Thorium står sterkt som kandidat til den ny generasjons fisjonskraftverk grunna den har mange fordeler overfor høganriket uran. Verden kommer mest sannsynlig ikkje utanom ny kjernekraftteknologi fordi man i dei kommande tiåra vil insjå at fossile brennstoffar som olje, kull og gass ein gang vil ta slutt og utslipp av CO2 må ned. Behovet for energi aukar kraftig, og den største auka av CO2 utslipp kan man vente i den tredje verden når dei følgjer utviklinga og med full rett krever å komme på vår levestandard og få tilgang til dei same resursane som oss. Mange forskarar ser på thorium som energikjelda som kan overlappe den tida me treng for å utvikle fusjonsteknologien og produsera effektive fusjonskraftverk med hydrogen.

Thoriums eigenskapar

558px-Electron_shell_090_Thorium.svg.png

Thorium, den radioaktive dottera til uran er eit sølvkvitt metall som tilhøyrar den kjemiske gruppa aktinoidane. Den blir blant anna danna i naturleg radioaktivitet når uran-238 sendar ut alfastråling. Når metallet utsettes for luft forandrar fargen til grå/svart, og blir då kalla Thoriumoksid. Rein thorium finnes lite i naturen, men thoriumoksid, som lett kan gjøres om til rein thorium er nesten halvparten så rikelig som bly på jorda. Thoriumoksid ThO2 har eitt av dei høgaste smeltepunkta til alle oksid på nærmast 3300°C. Stoffet er ikkjo så sterkt, angripes langsomt av vatn og løyses langsamt opp av fortynna syrar.

Dfr_px826.jpg


Stoffet brennar i luft med ein skarp kvit flamme, og blei derfor før brukt i transportable gasslampar med ceriumoksid i glødenett (Auer-brenner og Petromax-lamper). Det vakre grunnstoffet er også blitt brukt som legering i aluminium og sveiseelektrodar for å styrke metalla.

Thorium har ingen stabile isotopar og oppstår naturleg som den ustabile Th-232 isotopen som har ein halveringstid på 1,405 × 1010 år. 29 kunstige isotopar er framtilt med nokså kort halveringstid men ingen av desse oppstår naturleg, dei mest stabile av desse er Th-231-227.


Thorium som Kjernebrensel250px-Beta-minus_Decay.svg.png

Thorium sjølv er ikkje eit fissilt altså spaltbart stoff, men absorberar nøytron og dannar til slutt uran-233 som er spaltbar. I den naturlege radioaktivitet der uran-238 omdannast til bly blir sendar den først ut alfastråling der Thorium dannast. Thorium sendar så ut betastråling som eigentli er ein nedkvark i eit nøytron som sendar er eit elektron og antinøytrino slik at nøytronet blir omdanna til eit proton, og nytt elektron og antinøytrino. Thorium får då eit ekstra proton og er blitt til protactinum.

Den forenkla kjernefysiske prosessen:
  1. Ein straum av proton treff eit blyatom som fører til sakte straum av nøytron som treff Thoriumatomet.
  2. Thorium omdannes til det ustabile stoffet protactinum og så til uran-233.
  3. Kjernefysisk fisjon, kjernen desintegrer og energi frigjøres.

Di største skilnadane frå ein thoriumsfisjon og ein vanleg fisjonsprosess med høganriket uran er at i ein uran-reaktor kjem nøytrona inne frå brenselet sjølv og derfor kan reaktoren løpe løpsk og danne ein katastrofe (Tsjernobyl). I Thoriumsreaktoren kjem nøtron kjelda frå ein ekstern akselarator og kan dermed ikkje løpe løpsk. Dette er vist i animasjonen nedst på sida. Ein thoriumreaktor blir også kalla ein energiforsterkar sidan den stansar utan energitilførsel.

Uten_navn.JPG
ADS ThoriumreaktorADS.JPG
Tidlegare direktør ved den europeiske partikkelforsknings-orginisasjonen CERN og nobelprisvinnar Carlo Rubbia har patent på ein nesten ferdig utvikla og ny thoriumreaktor. Dei fleste tradisjonelle atomreaktorar som er i drift i dag er generasjons II-reaktorar, nye reaktorar som bygges er generasjons III-reaktorar og den spesielle Throrium ADS reaktoren til Rubbia er ennå i utvikling. Det spessielle med Rubbias ADS reaktorar er at dei er akselerator drevne. Fleire kjernekraftverk basert på thoriumbasert brensel har vært i drift og planleggjast verden over men desse er som oftast delvis thorium delvis uran og skjer i gamle reaktorar. Desse reaktorane er komplekse men kan likavel bygges i små versjonar, også sidan dei er tryggare kan dei plasserast nær tettstedar slik at transport av enrgi vert enklare.

Radioaktivt avfall er eit av dei største problema ved dagens kjernereaktorar, spesielt plutonium som dannast i ein tradisjonell kjernereaktor er sterkt radioaktivt og har ei halveringstid på 20.000 år. I ein thoriumsreaktor dannes ingen plutonium, og det er faktisk slik at plutonium kan brukes i ein slik reaktor. Dette fungerer slik at ADS reaktoren i teorien skal kunne forbrenne langlevet avfall frå andre reaktorar, spalte desse til fisjonsprodukt. Teoretisk sett vil då den framtidige thorimsreaktoren gi kjernekraft uten langlevet og radioaktivt avfall.
Statens strålevern har i deira rapport oppsumert fordelar og ulempar med denne nye typen ADS reaktor:
Fordelar:
Ulempar:
Subkritisk, bedre sikkerhetsmargin
Manglande driftserfaring
Mindre produksjon langlevig avfall
Meir kompleks
Minimal sannsyn for løpsk reaktor
Strålegang kan øydelegge innslutning
Ingen kontrollstavar enklare kontroll
Akseleratordel bidrar til dyrare drift
Kan forbrenne anna kjernebrensel
Kjølesystemet vil bli radioaktivt
Høg energiutnytelse
Metallslitasje, korrosjon
Lavt trykk i systemet
Produksjon av flyktive radioaktive isotopar
Thoriumbassert kjernekraft beskrives ofte som ein verdikjede omtalt som brenselsyklus.Dei forskjellige delane har alle sin teknologi og må alle vurderes i forhold til kostnader og miljøkonsekvensar når thoriumkraft vurderes.
  1. Utvinning (gruvedrift)
  2. Brenselproduskjon (konsentrering og syrebad)
  3. Reaktordrift (som beskrevet ovenfor)
  4. Avfallshåndtering (lagring, gjenvinning av radioaktivt avfall

Thorium i Noreg og politikk

Noreg har historiske røter til det vakre svarte elementet. Da det for første gang blei oppdaga i Brevik i Telemark og offisielt erkjent som eit grunstoff av den svenske kjemikaren Jöns Jakob Berzelius i 1828. Thorium blei først vurdert som nukleært brensel for 50 år siden, men blei skrinlagt til fordel for uran.
Noreg står lista som 3.plass i verda når det gjelder førekomster av Thorium, berre Australia og India har meir av mineralet monazitt som er kjelda til thorium. Det er eit 4-5 km2 stort felt i Ulefoss i Telemark der Thorium førekommer i Noreg. Feltet blir kalla Fensfeltet og inneheld nok Thorium til å halde energi i verda for tusener av år. Det var ein vulkan som skapte desse førekomstane for 580 millionar år sidan. Ved de424px-Fensfeltet.svg.pngn gamle jerngruven i Ulefoss kan ein måle radioaktivtetet frå Thorium og det skal teknologisk vera mulig å utvinne Thorium her med robottar.

I India forskes jobbes og satses det mykje på Thorium, og forskarar frå heila verda meinar Noreg har ypparlege føresetnadar for å satse på thoriumkraft. Carlo Rubia er meget positiv til at Noreg skal bygge den første ADS thoriumsreaktoren, og også Lovelock og Greenpeace grunnlegjarar delar denne oppfatninga. Noreg har både dei fysiske, teknologiske og økomiske mulighetane til å stase på dette framtidsprosjektet. Likevel veljar regjeringa å ikkje satse på thorium og omfanget av forskninga er ikkje stort her i landet. Dette er både eit politisk spørsmål, eit spørsmål om oljestrategi og anna økonomisk interesse. Til eit slikt Thoriumsprosjekt trengs det ein finansering på omlag 6 milliardar kroner, noko som ikkje er enkelt for privat industri om ikkje staten utvikler dette. Professor Egil Lillestøl ved universitet i Bergen opplyser om at i våren 2008 var det ein offentlig høyringsrunde med tanke på Norsk thoriumsprosjekt der av 24 høringutalelser var 20 udelt positve. Statens Strålevern gav også ut ein rapport om Thorium denne sommaren, der dei påpeika at man ikkje har noko erfaring med akselerator drevne reaktorar. Likavel var denne rapporten ganske positiv til utbygging. Det manglar altså politisk medvilje og mot frå det norske folk og staten for eit prosjekt som kan svare seg både som økonomisk lønnande for Noreg i framtida og miljøvenlig.
Ein anna utfordring i utviklingsarbeidet av thorium er den økonomiske konkurransen med uran brenselsyklus som er veletablert og utprøvd over mange år.

- http://www1.nrk.no/nett-tv/klipp/199759

Miljøkonsekvensar

Miljøvernsorginisasjonar i Noreg som Bellona og Natur og Ungdom er spesielt negative til atomkraft, og det føres stadige debattar om thorium i Noreg og miljøkonsekvensane av dette. I statens stråleverns rapport står det at dei mest alvorlege miljøkonsekvensane ligger ved gruvedrifta, det redioaktivt støv, radioaktive isotopar, konsekvensar ved ulykkar og uforutsigbare utslipp. Likavel samanliknar dei thoriums miljokonsekvensar versus uran sine og kjem opp med følgjande: Mindre gruveavfall, breselet kan lagres, mindre vassløselig, produserer ikkje nytt plutonium, mindre langlevet avfall og spredningsresistens.

Bellona skriver følgjande om thorium:
Ikke-spredning
"Ifølge utvalget vil det være mulig å produsere atomvåpen fra thoriumsprosessen og liknande sikkerhetssystem som for plutonium vil være obligatorisk. USA har for fleire år tilbake utført sin første prøvesprenging med bruk av uran-233. " www.bellona.no

Natur og Ungdom skrive følgjande om thorium:
"Det er helt riktig at NU er svært skeptiske til atomkraft både i Norge og generelt ellers i verden. På 70-tallet samlet vi alle norske ungdomspartier i en felles front mot atomkraftplanene som var den gang og fikk stoppet dem. Som du selv sier så er det pga sjansen for ulykker og at avfallet ikke kan fjernes på noen måte. Alt vi produserer av radioaktivt avfall idag vil bli liggende i titusener av år og det sier seg jo selv at dette er problematisk. Når det gjelder Thorium er dette et felt som er ganske nytt og som derfor har skapt diskusjon.

På landsmøtene våre i 2007 og 2008 (hvis jeg husker riktig) var dette store debatter. Resultatet ble at vi forholder oss imot Thorium også. Årsaken til dette er at en norsk utvinning av Thorium vil være veldig energikrevende. Bergartene må gjennom et syrebad for å kunne utvinne Thorium og dette vil kreve deponering av avfall og gi store miljøkonsekvenser. I en 3. eller 4. generasjonsreaktor trengs det uran eller plutonium for å omdanne thorium til uran. 1/4 av brenselet i en slik reaktor må derfor være høyanriket uran. Vi baserer oss også fra rapporter fra Thorium-utvalget og andre planer som er blitt lagt frem de siste årene som viser at med dagens teknologi er det ikke så veldig mye bedre enn en vanlig uranreaktor når det kommer til risikoen for ulykker og mengden avfall." www.nu.no

Animasjon



Kjelder
Gaias Hemn av James Lovelock
http://www.thorium.tv/en/thorium_reactor/thorium_reactor_1.php
http://www.world-nuclear.org/info/inf62.htm
http://www1.nrk.no/nett-tv/klipp/199759
http://www.forskning.no/artikler/2006/oktober/1162193419.78
Britanica.com
Wikipedia.org
Statens strålevernsrapport

Spesielt takk til Professor Egil Lillestøl ved Fysisk Institutt, Universitet i Bergen for nyttig informasjon og rapportar.

Artikkelen er ikkje ferdig, av Morven Muilwijk
Subject Author Replies Views Last Message
kommentarar frå Torstein torfje12 torfje12 1 237 Jun 1, 2009 by Morven_Muldvarp Morven_Muldvarp
Kule ting tannkrem tannkrem 5 256 Mar 11, 2009 by tannkrem tannkrem
Kommentar per 9. mars tork73 tork73 1 77 Mar 9, 2009 by Morven_Muldvarp Morven_Muldvarp
finpussing:P lilhau3 lilhau3 6 194 Mar 9, 2009 by Morven_Muldvarp Morven_Muldvarp