I dag er det nøyaktig ett år siden jeg forvarte doktogradsavhandlingen min, og på denne tiden den 29. mars 2017 hadde jeg fått beskjed om at komiteen godkjente disputasen min (og jeg var så absurd lettet at jeg tror ikke jeg kan forklare det en gang). Det passer derfor ekstra godt at vi har kommet frem til "hvorfor thorium?" i føljetongen her, og hvis du har lyst til å se hva jeg snakket om på prøveforelesningen for et år siden (temaet her har ikke å gjøre med eget forskningsrabeid, så ikke bli forvirret over at det ikke er noe thorium i denne filmen 😉 ) kan du se filmen her - eller scrolle litt lenger ned, til dagens episode:
Greia med thorium, DEL IV
Thorium-brenselssyklusen - hvorfor thorium?
Thorium, grunnstoff nummer 90, er et svakt radioaktivt materiale vi finner i naturen, som ble oppdaget i Norge i 1828 av den svenske kjemikeren Jöns Jacob Berzelius. Berzelius oppkalte det nye grunnstoffet etter tordenguden Thor. Det er estimert at Norge har mer enn 100 kilotonn thorium - som utgjør en betydeliog andel av den totale mengden av de globale reservene, på ca 3 megatonn. Thorium fins i små mengder overalt i jordskorpen, med gjennomsnittlig konsentrasjon på 10 ppm. Det betyr at thorium er 4 ganger mer vanlig enn uran.
I naturen er thorium et monoisotopisk grunnstoff - det betår kun av den ikke-fissile isotopen thorium-232, som enkelt kan gjøres om til den fissile uran-isotopen uran-233. Thorium er altså et fertilt materiale. Thorium-brenselssyklusen starter med at thorium absorberer et nøytron, som dermed henfaller til protaktinium-233, og deretter viodere til uran-233:
n+Th-232 --> Th-233(beta-minus, 22 minutter) Pa-233(beta-minus, 27 dager) U-233
Uran-233 er den kjernen som faktisk spaltes etter å ha bli truffet av et nøytron, og den er dermed hovedansvarlig for den energien som frigjøres i throium-baserte brensel. Den tilsvarende prosessen i uran-brenselssyklusen er den fertile uran-238, som fanger inn et nøytron, og blir omdannet til fissilt olutonium-239:
n+U-238 --> U-239(beta-minus, 24 minutter) Np-239(beta-minus, 2.4 dager) Pu-239
I figur 4 kan man se at grunnen til at det går an å si at thorium er et "bedre brenselsmateriale" enn uran er på grunn av de kjenrefysiske egenskapene til uran-233 - som er helt fantastiske! Antall nøytroner som blir frigjort per nøytron som absorberes (Eta) er høyere i det termiske området enn for plutonium-239, og antall kjerner som absorberes sammenliknet med de som fisjonerer (når de treffes av et nøytron - Alpha), er lavere i det termiske området enn for plutonium-239.
Dette betyr at det produseres mer nytt fissilt materiale når thorium er den fertile isotopen enn når det er uran-238 (i det termiske nøytron-området). I tillegg blir det produsert mindre langlivet avfall med thorium-232 som den fertile isotopen enn uran-238, siden uran-233 oftere fisjonerer når den treffes av et nøytron enn plutonium-239. Det er også nødvendig med mange flere nøytroninnfangninger etter hverandre for å lage et transuran - 5 versus 1.
Denne føljetongen er ikke helt over ennå, men det blir ingen ny episode i løpet av de neste dagene; i morgen tidlig-tidlig setter Anders og jeg oss nemlig på et fly til Roma, og der skal vi slappe av og kose oss de neste dagene ♥
God påske til alle fine lesere!