Thorium

Thorium ist heute Abfallprodukt beim Abbau von seltenen Erden. Im Haushalt kam es nur in Glühstrümpfen für Gaslampen vor. In der Kernkraft wird Thorium vieles nachgesagt, manches davon stimmt.

Nur Th-232 ist stabil genug um in großen Mengen vorzukommen. Es kann durch schnelle Neutronen gespalten werden, aber keine Kettenreaktion aufrecht erhalten. Aber nach Einfang eines Neutrons (und zwei Betazerfällen) wird es zu spaltbarem Uran-233. Das ist bei Th-232 etwa 3 mal so wahrscheinlich wie bei U-238. Hinzu kommt, dass die Spaltung von U-233 mit langsamen Neutronen 2,2 Neutronen freisetzt, während es sonst nur 1,8-1,9 sind.

Man braucht deswegen für den Brutvorgang keinen schnellen Brüter. Der Shippingport Reaktor lief zuletzt 3 Jahre mit Th-232 und U-233. Es entstand dabei in dem Druckwasserreaktor 1,3% mehr spaltbares Material als gespalten wurde. Plutonium entsteht in diesem Prozess erst nach 6 Neutroneneinfängen und kommt so kaum vor.

Die Radiotoxizität des Abfalls beschränkt sich damit fast auf die Spaltprodukte und erreicht nach etwa 1000 Jahren das Niveau der gleichen Menge von natürlichem Uranerz. Man kann auch Plutonium aus Aufarbeitungsanlagen mit Thorium, anstatt von Uran mischen. Das hilft die Menge an Plutonium schneller zu reduzieren, da sonst aus dem Uran-Anteil der Brennstäbe noch mehr Plutonium entsteht (wenn auch weniger als im Reaktor gespalten wird).

Warum nutzt man es nicht in Kernkraftwerken? Brennstäbe mit Thorium brauchen eine neue Zulassung und neue Produktionsanlagen. Der Umbau zu Brutreaktoren ist teuer, muss genehmigt werden und könnte die Leistung verringern. Das sind große Hürden in einer derart konservativen Branche. Allein ein Test der Brennstäbe dauert 4 Jahre, noch vor der Zulassung. (ThorEnergy tut das gerade in einem Norwegischen Forschungsreaktor.)

Ein großes Problem stellt die Aufarbeitung der Brennstäbe dar. Dabei wird notwendigerweise das Uran vom verbliebenen Thorium getrennt. Wenn sich nur Thorium in den Brennstäben befand, wird das Uran eine Mischung der Isotope 232, 233, 234, 235 und 236 sein, dominiert von U-233. Die Mischung ist prinzipiell waffenfähig, aber nach einigen Wochen sammeln sich die Zerfallsprodukte von U-232 an, wodurch aus dem Material ein Gammastrahler mit hochenergetischer Strahlung wird. Der Umgang ist dann wesentlich schwieriger als mit reinen Alpha-Strahlern wie U-235 oder waffenfähigem Plutonium. Man kann dem Thorium auch so viel Uran-238 zugeben, dass die Mischung am Ende nicht mehr waffenfähig ist, dann fällt im Betrieb aber wieder Plutonium an, wenn
auch kein waffenfähiges.

Die oft gehörte Behauptung, dass Thoriumreaktoren sicherer wären (weil sie Thorium verwenden), stimmt so nicht. Das Gerücht hält sich wohl deshalb, weil es verschiedene Vorschläge für moderne Reaktoren gibt, die von Anfang an auf die Nutzung von Thorium optimiert werden sollen. Die Verbesserung der Sicherheit ist der wichtigste Aspekt bei der Entwicklung von neuen Reaktoren in den letzten Jahrzehnten. Deshalb wird ein neuer Reaktor der für die Verwendung von Thorium optimiert wurde auch sicherer sein. Am Thorium liegt das aber kaum.

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