Sauberere Atomkraft?

Senatoren aus mehreren westlichen Bundesstaaten, darunter Orrin Hatch aus Utah und der Mehrheitsführer im Senat, Harry Reid aus Nevada, arbeiten an einer Gesetzgebung zur Förderung von Thorium. Sie sagen, es sei ein sauberer verbrennender Brennstoff für Kernkraftwerke, mit dem Potenzial, die Menge an hochradioaktiven Atomabfällen zu halbieren.

Ein saubererer Glanz: Thorium- und Uranbrennstoffkapseln in diesem Forschungsreaktor des russischen Kurchatov-Instituts könnten dazu beitragen, den Abfall aus bestehenden und zukünftigen Kernkraftwerken zu reduzieren. Kurchatov und Thorium Power mit Sitz in McLean, VA, skalieren die Kapseln zu 3,5-Meter-Brennstäben für den Einsatz in kommerziellen Kraftwerken.

Sie sind besorgt über die abgebrannten Brennelemente aus Kernreaktoren, die in ihren Bundesstaaten landen, sagt Seth Grae, Präsident von Thorium-Brennstoff-Technologieentwickler Thoriumkraft , mit Sitz in McLean, VA.



Nukleare Wachhunde sagen, dass die Technologie von Thorium Power echtes Potenzial hat. Darüber hinaus sagen sie, dass die Gesetzgebung erforderlich ist. Es würde das Energieministerium (DOE) und die Nuclear Regulatory Commission, die die Nuklearindustrie reguliert, dazu zwingen, neue Büros bei den Behörden einzurichten, um Thoriumbrennstoffoptionen zu untersuchen und deren Verwendung im Ausland zu fördern.

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Aus meiner Sicht sehr sinnvoll, sagt Thomas Cochran, Direktor des Nuklearprogramms der Rat für die Verteidigung natürlicher Ressourcen , in Washington. Er sagt, dass Maßnahmen des Kongresses erforderlich sind, um den Widerstand innerhalb des DOE gegen die Erforschung von Thorium zu überwinden.

Die Verwendung von Thorium in bestehenden Reaktoren bedeutet, den nuklearen Brennstoffkreislauf zu überdenken, der heute in den meisten Ländern, einschließlich der Vereinigten Staaten, verwendet wird. Der Kreislauf beginnt mit Uranoxid-Brennstoff, der mit dem spaltbaren Uranisotop U235 angereichert ist. Die Spaltung des Urans in einem Reaktor erzeugt Wärme, um die Turbinen eines Kernkraftwerks anzutreiben, und es erzeugt eine hochradioaktive Mischung aus Spaltprodukten, einschließlich Plutonium, das zur Herstellung von Atomwaffen zurückgewonnen werden kann. Andere Spaltprodukte verlangsamen die Kettenreaktion und müssen alle ein bis zwei Jahre den Brennstoff ersetzen. Die abgebrannten Brennelemente werden entfernt und vor Ort gelagert, bis sie beigesetzt werden.

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Das DOE arbeitet an einem Endlager für hochaktiven Abfall am Yucca Mountain in Nevada. Aber die Anlage wird noch mindestens ein Jahrzehnt lang eröffnet, und der politische Wille, weitere solcher Stätten zu bauen, ist gering. Inzwischen, Private Kraftstofflagerung , mit Sitz in Salt Lake City, fährt mit einem umstrittenen Zwischenlager auf dem Land der amerikanischen Ureinwohner fort, mit einer 20-jährigen Lizenz und einer Option auf Verlängerung. Das ist ein ziemlicher Zwischenstopp, sagt Grae.

Thorium Power wurde 1992 ins Leben gerufen, um ein Verfahren zu kommerzialisieren, das die Menge an giftigem Abfall reduziert, die von herkömmlichen Reaktoren produziert wird. Das Verfahren wurde von dem verstorbenen Nuklearwissenschaftler Alvin Radkowsky entwickelt, einem wegweisenden Konstrukteur der Reaktoren und frühen kommerziellen Kernkraftwerke der US-Marine. Radkowskys Schema beruht sowohl auf Thorium- als auch auf Uran-Brennstoffen, was es am Frontend komplexer macht. Dadurch bleibt jedoch der größte Teil des Brennstoffs länger im Reaktor und es entstehen weniger giftige Abfälle.

Jedes Brennelement trägt eine Mischung aus zwei verschiedenen Brennstäben. Die meisten sind Stäbchen, die Thoriumoxid-Pellets enthalten. Das Thorium kann selbst keine Kettenreaktion aufrechterhalten, wie es U235 kann, aber es kann Neutronen absorbieren, um ein weiteres spaltbares Uranisotop zu bilden, das dies tut: U233. Im Design von Thorium Power werden diese Neutronen von den verbleibenden Stäben geliefert, bei denen es sich um massive Legierungen aus Zirkonium und spaltbarem U235-angereichertem Uran handelt.

Grae sagt, dass die Hybridbrennelemente von Thorium Power als Drop-In-Ersatz für Uranoxid-Brennstoff in Druckwasserreaktoren, der weltweit am häufigsten verwendeten Reaktorkonstruktion, dienen. Die Reaktoren erfordern nur minimale Modifikationen. Die wichtigste Anpassung ist der Einsatz präziserer Kräne zum Einlegen und Entnehmen von Brennelementen, um eine separate Entnahme der Uranstäbe zu ermöglichen. Grae sagt, dass dies der Schlüssel zur Abfallreduzierung ist, da der größte Teil des Thoriums neun Jahre lang im Reaktorkern verbleibt. (Die Uranstäbe werden wie herkömmlicher Uranoxid-Brennstoff häufiger ausgetauscht.)

Thorium Power plant, dieses Brennstoffsystem innerhalb von drei Jahren zu testen, beginnend in einem Druckwasserreaktor in Russland. Die Tests werden in Zusammenarbeit mit dem Kurtschatow-Institut , einem Kernforschungszentrum in Moskau. Das Institut testet seit vier Jahren die Lebensdauer der Brennmaterialien von Thorium Power und skaliert gleichzeitig einen Uran-Zirkon-Extrusionsprozess auf die 3,5-Meter-Stäbe, die in den russischen Reaktoren verwendet werden.

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Wenn die Stäbe Bestand haben, erwarten Experten, dass das Konzept von Thorium Power erfolgreich sein wird, da sich das hybride Thorium- und Uran-Brennstoffkonzept bereits bewährt hat. Mehrere frühe gasgekühlte Kernreaktoren der 1950er und 1960er Jahre verwendeten ein Seed-and-Mantel-Brennstoffschema, das konzeptionell dem von Thorium Power ähnelte. Und einige frühe wassergekühlte Reaktoren wie der erste Reaktor in Indian Point, NY, wurden in den 1960er und 70er Jahren mit Brennstäben betrieben, die mit einer Thorium-Uran-Mischung gefüllt waren. Thorium geriet jedoch in Ungnade, als die Nuklearindustrie auf Uran standardisiert wurde, insbesondere nachdem Uranbrennstoff nach dem Unfall auf Three Mile Island 1979 auf Tiefstpreise eingebrochen war.

Das Abladen von Brennstoffen alle zwei Jahre sieht heute weniger attraktiv aus, da die Uranpreise schnell steigen und sich hochradioaktive Abfälle in kommerziellen Reaktoren in den Vereinigten Staaten anhäufen. Thoriumbrennstoff reagiert auch auf die wachsende Besorgnis über die Verbreitung von spaltbarem Material, das in Atomwaffen verwendet werden könnte. Die Nebenprodukte von Thorium erzeugen intensive Gammastrahlung, was es für Möchtegern-Bombenhersteller schwierig macht, sie zu handhaben. Thorium Power konzentriert seine Marketingbemühungen auf Entwicklungsländer im Nahen Osten, Asien und Lateinamerika, die ihre ersten Reaktoren bauen wollen; Grae setzt darauf, dass ein Konzept, das die Verbreitung von Atomwaffen verhindert, die Finanzierung von Reaktoren in solchen Ländern erleichtert. Das Unternehmen richtet seinen Blick auch nach Indien, das darauf hofft, seine großen Thoriumreserven auszubeuten.

Die Herausforderung für Thorium-Befürworter besteht darin, dass das DOE bereits einen anderen Brennstoffkreislauf befürwortet, der verspricht, Abfall zu reduzieren und Proliferationsrisiken zu bewältigen: einen sogenannten geschlossenen Brennstoffkreislauf, bei dem durch chemische Wiederaufbereitung Plutonium aus abgebranntem Uranbrennstoff zur Wiederverwendung in konventionellen Reaktoren zurückgewonnen wird.

Die Wiederaufbereitung ist von zentraler Bedeutung für die DOE's Globale Kernenergiepartnerschaft (GNEP), wonach große Nuklearakteure wie die Vereinigten Staaten die Lieferung von Uranbrennstoff an Länder garantieren würden, die die Rückgabe abgebrannten Brennstoffs versprechen – das Plutonium, das zur Herstellung von Nuklearwaffen verwendet werden könnte.

Das GNEP hat viele Kritiker, die argumentieren, dass die Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente kostspielig sein wird, das Risiko der Abzweigung von spaltbarem Material eher erhöht als begrenzt und wenig zur Reduzierung des hochaktiven Abfallaufkommens beitragen wird. Der Plan des DOE besteht darin, wiedergewonnenes Plutonium zu verbrennen, indem es mit Uran vermischt wird. Dies erzeugt einen heißeren und giftigeren abgebrannten Brennstoff, der nur in Brutreaktoren verbrannt werden kann. Diese Reaktoren haben sich bis heute im kommerziellen Maßstab als nicht durchführbar erwiesen. (Siehe Die beste nukleare Option.)

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Grae besteht darauf, dass Thorium Power langfristig von einer verstärkten Wiederaufbereitung profitieren könnte, da sein Brennstoffsystem einen besseren Abfluss für das zurückgewonnene Plutonium bietet: Uran als Neutronenquelle für Thorium Powers Thoriumbrennstäbe ersetzt. Im Jahr 2005 evaluierte der Nukleartechnik-Riese Westinghouse das System von Thorium Power als Option zur Verbrennung von überschüssigem militärischem Plutonium, und das Unternehmen sagte voraus, dass dies wesentlich billiger, schneller und effektiver sein würde als die Verbrennung von Plutonium mit Uran.

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