Torium-ydinpolttoainekierto

Toriumin (Th) käyttö ydinvoimalassa perustuu torium-ydinpolttoainekiertoon. Torium ei suoraan sovellu ydinreaktorin polttoaineeksi, koska se ei pysty ylläpitämään ketjureaktiota. Luonnossa esiintyvästä torium-232-isotoopista voidaan kuitenkin valmistaa polttoaineeksi kelpaavaa uraani-233:a säteilyttämällä sitä neutroneilla ydinreaktorissa. Kun ²³²Th:ta pommitetaan neutroneilla, se muuttuu ²³³Th:ksi neutronikaappauksen eli absorption seurauksena. Tämän jälkeen ²³³Th muuttuu protaktinium-233:ksi beetahajoamisen seurauksena. ²³³Pa muuttuu uraanin isotoopiksi ²³³U myös beetahajoamisen seurauksena.^[1]

Uraani-233:n fissiossa syntyy enemmän neutroneita kuin uraani-235:n, jota tavallisesti käytetään ydinpolttoaineena. Ylimääräisillä neutroneilla voidaan muuttaa lisää toriumia uraani-233:ksi. Toriumreaktori voi tuottaa uraani-233:a enemmän kuin sitä kuluu. Tällaista reaktoria kutsutaan hyötöreaktoriksi. Koska hyötöreaktori tuottaa jatkuvasti lisää polttoainetta, se voi hyödyntää kaivoksesta louhittavan raaka-aineen koko energiasisällön, kun taas tavallinen kevytvesireaktori pystyy käyttämään lähinnä vain uraani-235-isotoopin eli 0,7 prosenttia luonnonuraanista. Hyötöreaktori voi toimia myös uraani-238:lla, jota on 99,3 prosenttia luonnonuraanista. Tämä vaatii kuitenkin nopeilla neutroneilla toimivan reaktorin, kun taas toriumilla hyötöreaktori voi toimia myös tavallisella, hitaisiin neutroneihin perustuvalla tekniikalla.^[1]

Torium-ydinpolttoainekiertoa on kokeiltu. Esimerkiksi Shippingportin painevesireaktoria Yhdysvalloissa käytettiin 1970-luvulla torium-polttoaineella. Toriumreaktorit eivät ole yleistyneet, koska uraani on halpaa ja sitä on maankuoressa paljon. Toriumiin, samoin kuin uraani-238:een, perustuva hyötöreaktori edellyttää säteilytetyn polttoaineen jälleenkäsittelyä, jossa hyödetty uusi polttoaine erotetaan kemiallisesti. Jälleenkäsittely on kallista, koska siinä käsitellään erittäin radioaktiivisia nesteitä.^[1]

Torium-ydinpolttoainekierrossa ei synny plutoniumia. Sen takia toriumreaktorin käytetty polttoaine on kymmenien tuhansien vuosien päästä vähemmän radioaktiivista kuin uraanireaktorin käytetty polttoaine. Toisaalta plutonium ei ole käytetyn polttoaineen loppusijoituksen kannalta erityisen ongelmallista, koska plutoniumin yhdisteet liukenevat erittäin huonosti veteen.^[1]

Koska toriumia käytettäessä ei synny plutoniumia, toriumreaktorilla ei voi tuottaa ydinaseisiin soveltuvaa plutonium-239:ää. Mutta torium-ydinpolttoainekierto perustuu uraani-233:een, joka myös soveltuu ydinaseen rakentamiseen. Toriumreaktorissa syntyy myös uraani-232:ta, joka on voimakas gammasäteilyn lähde. Ydinaseen rakentaminen toriumreaktorissa tuotetusta uraani-233:stä vaatisikin hyvin tehokkaan säteilysuojauksen.^[1]

1. ↑ ^{a b c d e} Leppänen, Jaakko: Missä viipyy toriumreaktori?. ATS Ydintekniikka, 2018, nro 3–4, s. 10–14. Suomen atomiteknillinen seura. ISSN 0356-0473. Artikkelin verkkoversio.