Experimente mit Thoriumsalzreaktoren werden nach 40 Jahren wieder aufgenommen

Wissenschaftler der Nuclear Research and Consultancy Group (NRG) in den Niederlanden blicken auf die 1970er Jahre zurück, um den Energiebedarf der Zukunft zu decken. Zum ersten Mal seit 1976 führt das NRG-Team Experimente zur Thorium-Salzschmelze-Reaktortechnologie durch, die zu saubereren und sichereren Kernreaktoren führen könnten, die in der Lage sind, weltweit Energie zu liefern.

In einer Welt, die von starkem politischen Druck zur Schaffung einer CO2-neutralen Wirtschaft geprägt ist, scheint die Kernenergie eine ideale Alternative zu sein. Trotz ihres guten Rufs haben Kernreaktoren eine bemerkenswerte Zuverlässigkeitsbilanz vorzuweisen, produzieren Kohlenstoffemissionen, die unter Berücksichtigung von Bau, Betrieb und Lebenszyklen sogar geringer sind als Wind- und Solarreaktoren, und weisen von allen Wettbewerbern die niedrigste Todesrate pro Watt auf.

Allerdings weist die Kernenergie vier große Nachteile auf. Erstens ist das für den Betrieb von Reaktoren benötigte Uran selten und teuer in der Verarbeitung. Zweitens kann die Technologie zur Herstellung von Kernbrennstoff auch für die Herstellung von Waffen genutzt werden. Drittens besteht bei älteren Reaktorkonstruktionen die Gefahr einer unwahrscheinlichen, aber beängstigenden katastrophalen Kernschmelze. Und viertens hat niemand eine langfristige Strategie zur Entsorgung nuklearer Abfälle entwickelt, die für alle akzeptabel ist.

Eine Möglichkeit, diese Probleme zu lösen, besteht darin, das Uran und das daraus gewonnene Plutonium durch ein anderes spaltbares Material zu ersetzen. Seit den 1940er Jahren ist Thorium die attraktivste Alternative. Im Gegensatz zu Uran ist Thorium reichlich vorhanden und weit verbreitet, es erfordert keinen aufwändigen Anreicherungsprozess wie Uran und lässt sich nicht leicht zu Bomben verarbeiten. Darüber hinaus verfügen Thoriumreaktoren über ein inhärent sicheres Design, das abschaltet, wenn die Reaktion außer Kontrolle gerät, und die radioaktiven Abfallprodukte aus Thorium sind relativ kurzlebig und werden in nur wenigen Jahrhunderten unschädlich.

Das Haupthindernis besteht darin, dass Thorium allein keine kritische Masse erreichen kann. Wenn man genügend auf Brennstoffqualität raffiniertes Uran nimmt und es stapelt, löst die Menge der freigesetzten Neutronenstrahlung eine Kettenreaktion aus, die dazu führt, dass sich die Uranatome in einem selbsterhaltenden Prozess spalten. Leider kann Thorium dies nicht, daher muss Thoriumbrennstoff mit Uran gemischt oder einer externen Neutronenquelle ausgesetzt werden, um den Reaktionszyklus zu starten.

Von den 1960er Jahren bis 1976 führte das Oak Ridge National Laboratory in den Vereinigten Staaten Reaktorexperimente durch, bei denen anstelle von Festbrennstoffelementen in einer Salzschmelze gelöstes Thoriumfluorid verwendet wurde. Obwohl die Ergebnisse vielversprechend waren, wurde dieser Ansatz aufgegeben. Seitdem experimentieren Indien, China, Indonesien und andere mit Thoriumreaktoren und spielen mit der Idee, geschmolzene Salze als Brennstoff zu verwenden, doch erst als NRG den Staffelstab übernahm, wurde der Oak-Ridge-Ansatz wieder aufgenommen.

Das SALt Irradiation Experiment (SALIENT) von NRG, das in Zusammenarbeit mit dem Laboratorium der Europäischen Kommission gemeinsam entwickelt wurde, ist ein mehrstufiges Experiment, das darauf abzielt, Thorium-Salzschmelzreaktoren (TMSR) in eine Energiequelle im industriellen Maßstab mit kommerziellen Möglichkeiten umzuwandeln.

Laut der Interessenvertretung Thorium Energy World konzentriert sich die erste Phase des Experiments auf die Entfernung der Edelmetalle, die im Thorium-Brennstoffkreislauf entstehen. Das sind die Metalle, die in den Schritten des Kernspaltungsprozesses entstehen, bei denen sich Thorium in Uran umwandelt, bevor es sich spaltet und Energie abgibt.

Sobald dies erreicht ist, wird der nächste Schritt darin bestehen, festzustellen, wie gut gängige Materialien, die beim Bau von TSRMs verwendet werden, dem korrosiven Hochtemperatur-Salzgemisch standhalten, oder Alternativen zu finden, um die Wartungs- und Betriebskosten niedrig zu halten. Dazu kann eine Nickellegierung namens Hastelloy oder eine Titan-Zirkonium-Molybdän-Legierung (TZM-Legierung) gehören

Das ultimative Ziel besteht darin, TMSRs zu schaffen, die modular und skalierbar sind, um den lokalen Energiebedarf zu decken, und dennoch rund um die Uhr Strom liefern, der das ganze Jahr über verfügbar ist. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz geschmolzener Salze, dass die Betankung noch während des Reaktorbetriebs erfolgen kann, was die Ausfallzeiten drastisch reduziert.

Das folgende Video stellt das SALIENT-Experiment vor.

Quelle: Thorium Energy World