Torium – en studie ur ett kärntekniskt perspektiv

 

23 

 

niumlagret sker emellertid en uppbyggnad av 

233

U. Förändringen i bränslets sam-

mansättning under bestrålningsperioden kan ses i tabell 3 och figur 8. 

 

 

Tabell 3:

 Mängd fissilt material vid laddning och urladdning av typisk toriumreaktor (kg per ton 

tungmetall). Vid laddning utgörs resten av bränslets vikt av torium. 

 

  

233

U 

235

U 

239

Pu 

Laddning 

19.2 

0 

14.5 

Urladdning 

19.3 

0.08 

0.9 

 

 

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

0

6000

12000

18000

24000

Burnup [MWd/ton]

K

o

n

c

e

n

tr

a

ti

o

n

 [

g

/t

o

n

]

Inner (U-233)

Middle (U-233)

Outer (U-233)

Outer (Pu-239)

Total (U-233)

 

Figur 8:

 Förekomst av fissila nuklider i ett ton bränsle som funktion av utbränning för det inre 

(blå), mellersta (röd) och yttre lagret (

233

U grön, 

239

Pu grön streckad) samt total mängd 

233

U i alla 

lager (svart streckad). 

 

Reaktorn kan som tidigare nämnts även användas i en öppen bränslecykel. Till skill-

nad från den slutna bränslecykeln används då inte 

233

U och 

239

Pu som bränsle vid 

laddning. I stället används låganrikat uran blandat med torium. Den anrikning som 

används har angivits till 19,75 % 

235

U. Förhållandet mellan uran och torium kan 

varieras men högre andel uran ger möjlighet till högre utbränning i bränslet, och 

därmed större mängd utvunnen energi per ton bränsle. Beräkningar har även genom-

förts för öppen bränslecykel med uranhalterna 15,4 % och 21,3 %, se tabell 4. Till 

skillnad från den slutna bränslecykeln förekommer inget plutonium i bränslet vid 

laddning utan fissionsenergin härrör initialt från klyvning av 

235

U. Under drift bildas 

och fissioneras 

239

Pu, som i en traditionell reaktor. Därtill bildas 

233

U från 

232

Th som 

också fissioneras och ger ett energibidrag. 

SSM 2013:03

---

 

24 

 

 

Tabell 4

: Toriumreaktor med låganrikat uranbränsle. De viktigaste isotoperna i bränslet i kg per 

ton tungmetall vid laddning och urladdning för bränsle med 15,4 % respektive 21,3 % uran. 

 

 

232

Th 

233

U 

235

U 

238

U 

239

Pu 



Laddning 

846 

0 

30 

124 

0 

1000 

Urladdning 

825 

10 

6,8 

120 

0,6 

962 

 

 

232

Th 

233

U 

235

U 

238

U 

239

Pu 



Laddning 

787 

0 

42 

171 

0 

1000 

Urladdning 

748 

11 

2.3 

161 

0,7 

923 

5.1. Reaktorbeskrivning 

Den reaktor som används som underlag för beräkningarna är en modern indisk to-

riumreaktor med en elektrisk effekt på 300 MW

40

. Reaktorn är baserad på PHWR-

konceptet och har många gemensamma drag med detta. Härden är ca 7 m i diameter 

och ca 5 meter hög och innehåller ca 500 vertikala kanaler varav ca 450 rymmer 

bränsleelement. Varje bränsleelement innehåller 54 bränslestavar arrangerade i tre 

koncentriska ringar. Den yttersta ringen består av 24 stavar med (Th-Pu)O

2

. Andelen 

plutonium varierar från 2,5 viktsprocent i toppen till 4,0 viktsprocent i botten med 

en genomsnittlig andel av 3,25 viktsprocent. Den mellersta och innersta ringen be-

står av (Th-U)O

2

 med 18 stavar med 3,75 respektive 12 stavar med 3,0 viktsprocent 

233

U. Den allra innersta ringen består inte av bränslestavar utan av zirko-

nium/dysprosiumstavar. Bränslet är inneslutet i en kapsling av zirkalloy. En schema-

tisk bild av ett bränsleknippe visas i figur 9. 

5.2. Bränsle 

I traditionella tungvattenreaktorer används vanligtvis uranbränsle med naturlig eller 

nära naturlig isotopfördelning. Neutronegenskaperna hos de nuklider som används i 

AHWR skiljer sig emellertid från de isotoper som utgör naturligt uran vilket medför 

att högre andel fissilt material behövs för att upprätthålla kriticitet. 

233

U har något 

lägre fissionstvärsnitt för termiska neutroner än 

235

U men avger något fler neutroner 

per fission. Den avgörande skillnaden är att 

232

Th har betydligt högre neutroninfång-

ningstvärsnitt än 

238

U. I traditionellt bränsle bildar 

238

U vid neutroninfångning 

239

Pu, 

som framför allt har högre fissionstvärsnitt men även avger något fler neutroner vid 

fission än 

233

U. Neutronekonomin i en toriumreaktor blir sämre varför större andel 

233

U, stavar med plutoniumbränsle, eller en kombination därav används. 

 

                                                           

40

 Sinha, R.K., Kakodar, A., Design and development of the AHWR – the Indian thorium fuelled innovative 

nuclear reactor, Nuclear Engineering and Design 236 (2006) 683-700. 

SSM 2013:03

---