Az alábbi értekezést egyik olvasónk, Tanalete bocsátotta rendelkezésünkre, melyet a tóriumos reaktorokkal kapcsolatos, kommentekben érkezett kérdésekre és felvetésekre válaszul írt. A szerkesztőség ezúton is köszönetet mond a fáradozásáért!

A nukleáris energia annak fokozott biztonsági kockázatai és az üzemanyagok kettős felhasználási lehetősége miatt különleges helyet foglal mind az energetika, mind a biztonságpolitika területén belül, hiszen számos, néha ellentétes feltételnek kell teljesülnie ahhoz, hogy lehetőség legyen azt úgy civil célokra használni, hogy közben a minimálisra csökkentsék a proliferációs veszélyt. Ezt technikai oldalról jelenleg a megfelelő technológia és üzemanyag alakalmazásával próbálják elérni.

Az utóbbi időben egyre gyakrabban esik szó a tóriumról, mint egy a proliferációs kockázatokat csökkentő, és számos előnyös tulajdonsággal rendelkező üzemanyagról, érdemes kicsit körbejárni tehát, hogy miről is van szó. Azonban még mielőtt sor kerülne a tórium tulajdonságainak, valamint előnyeinek és hátrányainak részletezésére, néhány szót szólnék az üzemanyagokról általánosságban.

Urán ás plutónium

A reaktorok üzemeltetéséhez szükséges jó hasadóképességű urán 235-ös izotóp a természetes uránnak mindössze 0,71 %-át adja, a többi 99,29 % rossz hasadóképességű 238-as izotóp. Az, hogy az adott reaktor üzemeltetéséhez mennyire kell megnövelni a 235U mennyiségét, azaz milyen dúsítású üzemanyag mellett megy végbe az önfenntartó láncreakció, az az adott reaktor technológiájának és az alkalmazott moderátorának függvénye. Így például nehézvíz (D2O) vagy grafit moderátor esetében a természetes urán üzemanyag alkalmazása mellett is létrejön a láncreakció, 3%-os dúsítás mellett megfelelő a könnyűvíz (H2O) moderátor, 40%-os dúsítás mellett pedig már moderátorra sincs szükség. A katonai célokra akalmazandó uránnak általában 90%-os dúsítási szint felett kell lennie, de a piszkos bombák esetében ennél alacsonyabb szint is elegendő.

Az urán mellett említést kell tenni a plutóniumról, ami egyben az atombomba készítéséhez szükséges másik klasszikus anyag, keletkezése a reaktorban lezajló folyamatok természetes következménye. Az urán üzemanyag egy részéből minden reaktorban neutronbefogás és β-bomlások révén különböző plutónium izotópok keletkeznek, először jó hasadóképességű 239Pu, majd további neutronbefogás révén 240Pu, ami azonban már nem alkalmas atomfegyver gyártására. A friss üzemanyag kiégésekor kezdetben nagyobb a hasadóképes izotópok aránya az összes plutónium izotópon belül, később viszont már a hasadóképtelenek kerülnek többségbe. Ezért van az, hogy ha fegyverminőségű plutóniumot szeretnének kinyerni a reaktorból, akkor sűrűn cserélik az üzemanyagot, mert bár ekkor a kinyerhető 239Pu mennyisége még kisebb, azonban az viszonylag nagy tisztaságú.

Tórium

A tórium potenciális reaktor-üzemanyagként nem számít újdonságnak, mivel azonban egy viszonylag bonyolult és drága technológiáról van szó, az elmúlt évekig az NPT-szerződéstől való távolmaradás és a hindu atombomba miatt a nemzetközi nukleáris piacról kizárt és egyben a világ tóriumkészleteinek egyik legnagyobb hányadával rendelkező India volt jóformán az egyetlen, aki komoly erőfeszítéseket tett a tóriumos atomerőművek kutatása terén. Az elkövetkező években azonban ez a helyzet megváltozhat, 2009-ben ugyanis az AECL három kínai társasággal is megállapodást kötött tóriumos erőművek fejlesztésére, valamint ugyancsak ebben az évben az Areva is megegyezett az amerikai Lightbridge Corporation-nel az Areva tórium-üzemanyagú EPR-jének kiértékeléséről. Ami azonban ezen egyezmények fontosságán is túlmutat, az a tórium alkalmazása a majdani negyedik generációs atomenergia-rendszerekben.

Maga a tórium egy enyhén radioaktív anyag, és nagyjából háromszor-négyszer annyi van belőle, mint uránból. A természetben előfordul tiszta formában (a leggyakoribb 232Th izotóp bomlása nagyon lassú, felezési ideje a Föld korának háromszorosa) és oxiddal szennyezett tórium-oxid (ThO2) formájában is. Égési és olvadási tulajdonságai miatt gyakran használják például villanykörtékben, ívfényes lámpákban vagy hőálló kerámiákhoz.

A legfontosabb tóriumforrás egy ritka foszfát ásvány, a monazit, ez akár 12%-os arányban is tartalmazhat tóriumfoszfátot, mindazonáltal tartalma átlagosan 6-7 %. A világ monozit-tartalékát nagyjából 12 millió tonnára becsülik, amelynek nagyjából kétharmada India déli és keleti partvidékein található. Egy másik jelentős tóriumforrás a torit nevű ásvány.

Az IAEA-NEA Uranium 2007: Resources, Production and Demand című publikációja szerint a világ teljes tóriumkészlete nagyjából 4,4 milló tonnát tesz ki, de ez nem tartalmaz adatokat a világ sok részére vonatkozóan. Becsléseik szerint a gazdaságosan kitermelhető készletek 19%-ával Ausztrália, 15%-ával az USA, 13%-ával Törökország, 12-12%-ával India, Venezuela és Brazília rendelkeznek, míg a maradék kisebb arányokban oszlik meg Norvégia, Oroszország, Grönland, Kanada, Dél-Afrika és más országok között.

Maga a tórium természetes formájában nem hasadóképes, azonban a 232Th-ot át lehet alakítani 233U izotóppá, ami már hasadóképes. A folyamat során a 232Th-ből neutronabszorpció révén 233Th keletkezik, amiből β-bomlások után 233U izotóp jön létre. A 233U nagyjából 11%-ából további neutronelnyeléssel hagyományos reaktorüzemanyag, 235U keletkezik. A keletkezett üzemanyagot ezután ki lehet venni a reaktorból, külön lehet belőle választani a 233U-t, majd ezt egy másik reaktorba üzemanyagként vissza lehet tölteni egy zárt üzemanyagciklus keretein belül. Egy másik megoldás szerint a 233U-t egy tóriumot tartalmazó takaró rétegben állítják elő, majd ezt szétválasztás után beleteszik a reaktormagba.

A tóriumalapú üzemanyagciklus számos előnnyel rendelkezik, ilyen az, hogy egy bőségesen rendelkezésre álló forrásról van szó, bár a készletek pontos felmérésére még mindig nem került sor (itt érdemes kiemelni, hogy míg a természetes urán esetében csak az izotópok 0,7%-a megfelelő, addig a bányászott tórium egésze alkalmas üzemanyag előállítására). További előny, hogy a tóriumalapú üzemanyagciklusban jóval kevesebb hosszúéletű transzurán elem keletkezik hulladékként, valamint általánosan véve is jóval kevesebb radioaktív hulladékkal kell számolni alkalmazásakor.

Hátránya viszont a 233U izotóp előállításának magas költsége, emellett az egyes izotópok bomlásakor keletkező leányelemek erős radioaktív volta miatt nagyon költséges és nehéz magának a tóriumnak az újrahasznosítása, illetve a szilárd üzemanyag reprocesszálásával kapcsolatosan is akadnak még megoldatlan technikai problémák.

A tóriumalapú üzemanyagciklus proliferációállóságával kapcsolatban megoszlanak a vélemények. Mivel a 233U alkalmas fegyverkészítésre, és ez szeparálható is, aggályok merültek fel ezzel kapcsolatban. A legtöbb esetben azonban már eleve úgy tervezik a reaktort, hogy ez ne jelenthessen veszélyt (a Radkowsky Tórium Reaktort speciálisan ennek a problémának a megoldására fejlesztették ki, esetében ugyanis nincs szükség a 233U szeparálására, emellett további lépésekkel a felhasznált üzemanyag még alkalmatlanabbá tehető fegyverkészítésre, például lehetőség van a 233U semlegesítésére természetes vagy szegényített urán hozzáadásával).

Proliferációs szempontból további előnyt jelent, hogy ha a 233U-t szeparálják is, az nyomokban mindig tartalmaz 69 év felezési idejű 232U-t, amelynek bomlástermékei nagyon rövid felezési idővel rendelkeznek, és nagyon erős γ-sugárzók. Ennek következtében ezt az anyagot nagyon nehéz kezelni, és könnyű detektálni. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a bomba készítésére vállalkozó ember megfelelő felszerelés nélkül igen hamar akkora dózist kap, hogy abba belehal. Az 233U bombakészítéshez való felhasználása tehát jóval bonyolultabb és költségesebb mint a „hagyományos módszerek“, ezért tartják kevéssé valószínűnek, hogy a nemzetállamok ezt a módszert választanák. Az anyag kezelése olyan kifinomult felszerelést tesz szükségessé, amihez a terrorista csoportoknak pedig szinte lehetetlen hozzáférni.

Akárhogyan is, a tóriumos üzemanyagciklussal rendelekző reaktorok előtt még nagy jövő áll, és nagy valószínűség szerint fontos szerepet fognak betölteni a nukleáris energetika fenntarthatóságában.