Elektrownie atomowe bez uranu. Teraz zwykłą skalę można zmienić w czystą energię

Chińscy fizycy ogłosili historyczne osiągnięcie w dziedzinie energetyki jądrowej: jako pierwsi na świecie z powodzeniem przeprowadził tzw. konwersję paliwa torowo-uranowego. Tym samym ekipa z Szanghajskiego Instytut Fizyki Stosowanej (SINAP) udowodniła, iż jako paliwa do elektrowni atomowej nie trzeba używać Uranu, ale wystarczy znacznie mniej radioaktywny Tor, który jest przy tym znacznie bardziej wydajnym paliwem.

Budowa tego tzw. torowego reaktora na ciekłych solach (TMSR-LF1 Thorium Molten Salt Reactor – Liquid Fuel) o mocy termicznej 2 MW rozpoczęła się w 2018 roku na pustyni Gobi. Po przyspieszeniu prac w październiku 2023 roku, reaktor osiągnął stan krytyczny umożliwiający przeprowadzenie trwałej reakcji łańcuchowej. najważniejszy moment nastąpił jednak dopiero rok później – w październiku 2024 zakończono wprowadzanie toru do rdzenia, a 1 listopada ogłoszono sukces pierwszej konwersji jąder toru i uranu.

Wykorzystanie Toru (Th-232), który w procesie bombardowania neutronami zamienia się w rozszczepialny Uran-233, sprawia, iż mieszanka paliwowa jest tu całkiem inna – w tej chwili reaktor TMSR-LF1 wykorzystuje paliwo wzbogacone do poniżej 20 proc. uranu-235 oraz około 50 kg toru. Tymczasem toru w skorupie ziemskiej jest 3 do 4 razy więcej niż uranu – często wydobywa się go wraz z metalami ziem rzadkich i jest traktowany jako odpad – a w dodatku cykl torowy generuje znacznie mniej długowiecznych odpadów radioaktywnych.

Większa obfitość toru to zresztą tylko jedna przewaga. Istotniejsze, iż w reaktorach typu MSR (ciekłosolnych) może być wykorzystany znacznie efektywniej niż uran w obecnych reaktorach wodnych. W obecnych elektrowniach jądrowych wykorzystuj się tylko ok. 0,7 proc. naturalnego rozszczepialnego Uranu (izotop U-235), a reszta 99,3 proc. (U-238) to pierwiastek stabilny, który niechętnie ulega rozszczepieniu w standardowych warunkach i ostatecznie staje się odpadem (jeśli nie stosuje się reaktorów prędkich, które są jednak żadkością). Tymczasem w reaktorze TMSR Tor-232 jest w całości „paliworodny”, zamienia się w Uran-233, który ulega rozszczepieniu. To sprawia, iż teoretycznie 1 tona toru może dostarczyć tyle energii, co 200 ton uranu w tradycyjnym reaktorze, co odpowiada zawrotnej ilości 3-4 miliony ton węgla.

^{Schemat cyklu paliwowego torowo-uranowego z uwzględnieniem przemian izotopowych}

<sup>1. Zaczyna się od Toru-232 (niebieski), który jest bezpiecznym, powszechnym pierwiastkiem, ale sam z siebie nie daje energii.
2. Dopiero po „zderzeniu” z neutronem rozpoczyna się proces transmutacji (przez Protaktyn) w Uran-233.
3. To właśnie Uran-233 jest adekwatnym paliwem, które ulega rozszczepieniu, dając potężną dawkę energii i uwalniając kolejne neutrony, które napędzają cały proces od nowa (strzałka powrotna).</sup>

^{„Zamknięta pętla” cyklu sprawia, iż jest tak efektywny i generuje tak mało odpadów radioaktywnych w porównaniu do klasycznych reaktorów.}

Sam reaktory MSR wykorzystujące płynne sole różni się przy tym diametralnie od w tej chwili najbardziej powszechnych wodnych reaktorów ciśnieniowych (PWR). najważniejsze są tu dwie przewagi:

• Paliwo w płynie: W TMSR-LF1 paliwo jądrowe jest rozpuszczone w chłodziwie (stopionych solach fluorkowych), co eliminuje ryzyko stopienia rdzenia (paliwo jest już płynne) i pozwala na pracę przy niskim ciśnieniu atmosferycznym, drastycznie zwiększając bezpieczeństwo.
• Ciągła praca: w przeciwieństwie do konwencjonalnych elektrowni, które wymagają wyłączenia w celu wymiany prętów paliwowych, reaktor na stopionych solach może być uzupełniany w trakcie jego pracy.

SINAP nie zamierza zresztą poprzestać na małym reaktorze badawczym. Dyrektor instytutu, Dai Zhimin, zapowiedział przyspieszenie prac inżynieryjnych w celu uruchomienia demonstracyjnego reaktora torowego o mocy 100 MW do 2035 roku. Oznaczałoby to pełne wejście technologii torowej do komercyjnego użytku.