Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Kan Thorium de volgende generatie kernreactoren van stroom voorzien?

Thoriumpellets gebruikt in de kernonderzoeksreactor van het Bhabha Atomic Research Center (BARC) in Mumbai, India . Pallava Bagla/Corbis/Getty Images

Belangrijkste punten

  • Thorium is een potentieel alternatief voor uranium voor de productie van kernenergie.
  • Gesmoltenzoutreactoren maken efficiënter gebruik van thorium dan traditionele reactoren.
  • Ondanks zijn belofte wordt thorium nog steeds geconfronteerd met technologische en regelgevende hindernissen voordat het op grote schaal wordt toegepast.

Nu de klimaatverandering de planeet minder prettig maakt om van te leven, krijgt kernenergie steeds meer aandacht. Zonne- en windenergie kunnen de uitstoot van broeikasgassen helpen terugdringen, maar als er een oplossing kan worden gevonden voor de klimaatverandering, zal kernenergie daar waarschijnlijk deel van uitmaken.

Hoewel kernenergie niet de klimaatveranderende gassen produceert die een probleem veroorzaken met andere elektriciteitsbronnen, brengt het bepaalde risico's met zich mee. Om te beginnen vormt de verwijdering van radioactief afval van kerncentrales een lastig probleem:wat te doen met zulke gevaarlijke bijproducten? En wat gebeurt er als de kern smelt en een milieuramp veroorzaakt, zoals gebeurde in Tsjernobyl, Oekraïne, in 1986? Er zijn ook andere zorgen, maar gezien onze huidige energiesituatie zijn er genoeg redenen om ons te blijven inzetten voor het veiliger maken van kernenergie.

Kernreactoren worden aangedreven door kernsplijting, een nucleaire kettingreactie waarbij atomen zich splitsen om energie te produceren (of, in het geval van kernbommen, een enorme explosie).

"Er zijn wereldwijd ongeveer 450 kernreactoren in bedrijf, en ze hebben allemaal brandstof nodig", zegt Steve Krahn, hoogleraar civiele techniek en milieutechniek aan de Vanderbilt University, in een e-mail. Hij merkte op dat deze reactoren voor het grootste deel werken op uranium-235 (U-235), en dat de landen die de brandstof gedeeltelijk recyclen – Frankrijk, Rusland en een paar andere landen – gerecycleerd plutonium-239 mengen om zo een zogenaamde gemengde brandstof te maken. -oxidebrandstof.

Plutonium is een bijproduct van gebruikte brandstof uit een kernreactor en kan de basis vormen voor het recyclen van kernbrandstof uit de huidige kernreactoren, zoals dat gebeurt in Frankrijk en verschillende andere landen. Het is echter zeer giftig en het is het meest gebruikte materiaal voor kernwapens, wat een van de redenen is waarom wetenschappers andere opties zijn blijven onderzoeken.

De Duitse fysisch chemicus Otto Hahn ontving in 1944 de Nobelprijs voor scheikunde voor zijn ontdekking, met Fritz Strassmann en Lise Meitner, over de kernsplijting van uranium en thorium. STF/AFP/Getty-afbeeldingen

Inhoud
  1. Wat is thorium?
  2. Thorium voor- en nadelen
  3. Thorium gebruiken voor energie

Wat is Thorium?

Sommige wetenschappers denken dat het element thorium het antwoord is op onze kernenergieproblemen. Thorium is een licht radioactief, relatief overvloedig metaal – ongeveer net zo overvloedig als tin en overvloediger dan uranium. Het komt ook wijdverspreid voor, met bijzondere concentraties in India, Turkije, Brazilië, de Verenigde Staten en Egypte.

Maar het is belangrijk op te merken dat thorium geen brandstof is zoals uranium. Het verschil is dat uranium ‘splijtbaar’ is, wat betekent dat het een duurzame kettingreactie veroorzaakt als je op één plek tegelijk genoeg uranium kunt krijgen. Thorium daarentegen is niet splijtbaar - het is wat wetenschappers 'vruchtbaar' noemen, wat betekent dat als je het thorium bombardeert met neutronen (in wezen een vliegende start maakt in een reactor die wordt gevoed met materiaal zoals uranium), het kan transformeren in een uraniumisotoop. uranium-233 dat splijtbaar is en geschikt is voor het opwekken van energie.

Thorium voor- en nadelen

Thorium werd gebruikt in enkele van de eerste kernfysica-experimenten; Marie Curie en Ernest Rutherford werkten ermee. Uranium en plutonium werden tijdens de Tweede Wereldoorlog steeds meer in verband gebracht met nucleaire processen, omdat zij de duidelijkste weg boden naar het maken van bommen.

Voor energieopwekking heeft thorium enkele echte voordelen. Uranium-233 gevormd uit thorium is een efficiëntere brandstof dan uranium-235 of plutonium, en de reactoren zullen minder snel smelten omdat ze bij hogere temperaturen kunnen werken. Bovendien wordt er minder plutonium geproduceerd tijdens de werking van de reactor, en sommige wetenschappers beweren dat thoriumreactoren de tonnen gevaarlijk plutonium zouden kunnen vernietigen die sinds de jaren vijftig zijn gecreëerd en opgeslagen. Niet alleen dat, sommige wetenschappers denken dat een vloot van reactoren die op thorium en uranium-233 werken, beter bestand zijn tegen proliferatie, omdat er meer geavanceerde technologie nodig is om uranium-233 uit de afvalproducten te scheiden en dit te gebruiken om bommen te maken.

Er zijn echter nadelen aan thorium. Eén daarvan is dat thorium en uranium-233 gevaarlijker radioactief zijn voor chemische processen. Om die reden zijn ze moeilijker om mee te werken. Het is ook moeilijker om uranium-233-brandstofstaven te vervaardigen. Bovendien is thorium, zoals eerder opgemerkt, geen brandstof.

“Als we onze planeet van energie willen voorzien met behulp van een splijtstofcyclus die gebruik maakt van thorium en uranium-233, moet er voldoende uranium-233 worden geproduceerd in andere soorten reactoren om de initiële uranium-233-reactoren van brandstof te voorzien”, zegt Krahn. “Als dat kan worden bereikt, zijn de methoden om thorium-232 en uranium-233 chemisch te verwerken en daaruit brandstof te vervaardigen redelijk goed ingeburgerd; Er moeten echter faciliteiten worden gebouwd om deze processen te verwezenlijken.”

Thorium gebruiken voor energie

Er zijn verschillende manieren waarop thorium kan worden toegepast op de energieproductie. Eén manier die momenteel wordt onderzocht is het gebruik van vaste thorium/uranium-232-brandstof in een conventionele watergekoelde reactor, vergelijkbaar met moderne energiecentrales op basis van uranium. In feite zijn wereldwijd meer dan twintig reactoren bedreven met brandstof gemaakt van thorium en uranium-233. Een ander vooruitzicht dat opwindend is voor wetenschappers en voorstanders van kernenergie is de gesmolten-zoutreactor. In deze centrales wordt de brandstof opgelost in vloeibaar zout dat tevens dienst doet als koelmiddel voor de reactor. Het zout heeft een hoog kookpunt, dus ze kunnen efficiënter elektriciteit opwekken en zelfs enorme temperatuurpieken zullen niet leiden tot enorme reactorongevallen zoals in Fukushima. Het klinkt misschien alsof dit soort reactor bijna sciencefiction is, maar zo'n reactor werd in de jaren zestig in de Verenigde Staten geëxploiteerd en wordt momenteel gebouwd in de Gobi-woestijn in China.

Dat is interessant

Thorium werd in 1828 ontdekt door Jons Jakob Berzelius, die het vernoemde naar Thor, de Noorse god van de donder.

Veelgestelde vragen

Is thorium volkomen veilig voor de productie van kernenergie?
Hoewel thorium potentiële veiligheidsvoordelen biedt in vergelijking met uranium, is geen enkele energiebron geheel zonder risico. Goede regelgeving en technologische ontwikkeling zijn cruciaal voor een veilig thoriumgebruik.
Hoe verhoudt thorium zich tot andere hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie?
Op thorium gebaseerde kernenergie biedt unieke voordelen, zoals continue energieopwekking ongeacht de weersomstandigheden, maar de toepassing ervan vereist het aanpakken van technische uitdagingen en regelgevingskaders die vergelijkbaar zijn met die van andere hernieuwbare energiebronnen.


Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Decodering van hondencognitie:machine learning geeft een glimp van hoe het brein van een hond vertegenwoordigt wat het ziet
  2. Wat is het verschil tussen een gedupliceerd chromosoom en een chromaat?
  3. Argentijnse wetenschappers maken zich zorgen na golf van walvissterfte
  4. Dysmorfologie
  5. Vermijd sommige hondenoogdoekjes van Project Watson vanwege infectiegevaar, waarschuwt de consumentencommissie
  6. Onderzoekers identificeren een paar receptoren die essentieel zijn voor de communicatie tussen mannen en vrouwen bij planten
  7. Hernieuwde oproepen voor legale jacht om de groeiende berenpopulatie in Connecticuts onder controle te houden
  8. Zelfs koude harde contanten zijn niet genoeg stimulans om naar tegengestelde meningen te luisteren
  9. West-Afrikaanse dolfijn staat nu op de lijst van zeldzaamste zoogdieren van Afrika

Wetenschap