Torium – en studie ur ett kärntekniskt perspektiv
Yüklə 442,12 Kb. Pdf görüntüsü
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- 2.1. Framställning av torium
- 2.2. Torium som fertilt material
8
Toriumoxid används vid tillverkningen av vissa typer smältdeglar som kan användas för smältning av metaller vid mycket höga temperaturer 11 . Toriumoxid är den oxid som har högst smältpunkt, 3 300 °C, och smältdeglar tillverkade av det materialet kan användas för smältning upp till 2 300 °C. De är kemiskt stabila vid smältning av de flesta metaller, dock ej uran och plutonium.
Därutöver används små mängder toriumoxid som katalysator vid tillverkning av ketoner och svavel- och salpetersyra. Eftersom katalysatorer inte förbrukas i någon större utsträckning så är den årliga konsumtionen av torium för detta ändamål i det närmaste försumbar.
Figur 2: Toriumimpregnerad glödstrumpa till fotogenlampa.
11 Richardson K.H., J. of the American Ceramic Society, 18 (1935) 65-69. SSM 2013:03
9
2. Toriums bränslecykel Torium är i sig inte ett fissilt material och det kan inte användas direkt i en reaktor. I stället är ämnet ett så kallat bridmaterial 12 , eller fertilt material, som kan omvand- las 13 till den fissila isotopen 233 U. Omvandlingen kan ske i eller direkt bredvid en reaktor eller genom bestrålning med neutroner från någon annan källa. Processen beskrivs utförligare nedan. 2.1. Framställning av torium Huvuddelen av all torium som framställs i dag uppstår som en biprodukt vid fram- ställningen av andra metaller från monazitsand som det har nämnts ovan. Sanden löses upp i koncentrerad svavelsyra 14 . Toriumjonerna kan extraheras till en organisk fas som innehåller en alkylamin i en process, AMEX, som liknar PUREX-processen som används för separation av uran och plutonium från övriga ämnen 15 . I nästa sepa- rationssteg extraheras toriumjonerna ut från den organiska fasen med t.ex. nitratjo- ner, NO
3 - , eller klorid- och fluoridjoner, till en vattenfas varifrån ämnet kan tillvara- tas. Processen kan med mindre ändringar även användas för toriummineral i oxid- form, vilket är den form som ämnet ofta förekommer i, i primära fyndigheter. Tori- ummetall kan framställas genom reduktion med till exempel kalcium.
Till skillnad från till exempel uran och plutonium som förekommer i ett stort antal olika oxidationstillstånd, har torium bara två oxidationstillstånd 16 Th 4+ . Detta gör toriums kemi relativt enkel. 2.2. Torium som fertilt material Med undantag för vissa typer av snabba bridreaktorer (Fast Breeder Reactor) bidrar inte torium direkt till energiproduktionen utan ämnets uppgift är i stället att vara källan till det fissila materialet. 232 Th kan absorbera en neutron och omvandlas då till 233 Th som i sin tur beta-sönderfaller med en halveringstid på 23 minuter till 233 Pa, se
figur 3. 233
Pa kan sedan i sin tur absorbera ytterligare en neutron eller beta- sönderfalla till 233 U som är den eftersträvade isotopen. Fördelningen mellan dessa två processer beror på neutronflödet och neutronernas energifördelning, men i en typisk reaktor kommer den absoluta huvuddelen att omvandlas till 233 U.
233
U är en fissil isotop vars egenskaper beskrivs närmare i kapitel 5. Som det fram- går av figur 3 kan två olika saker hända om 233 U träffas av en neutron. Vid typiska termiska energier kommer kärnan att klyvas i 70 % av fallen och i de övriga kom- mer neutronen att absorberas vilket omvandlar kärnan till 234 U.
234 U är en fertil iso- top som i sin tur kan absorbera en neutron och omvandlas till den fissila isotopen 235
U. Även 234
Pa kan via 234
U omvandlas till 235
U. Greningskvoterna för de olika processerna leder till övervägande del till fission. Av 235 U fissioneras typiskt över 90 % varför andelen tyngre aktinider – som utgör en stor del av doskällan på lång sikt i använt bränsle i den vanliga urancykeln – blir mycket låg om 232 Th används som fertilt material. Härdberäkningar liknande de som presenteras nedan visar att
12 Enligt Svensk Standard SMS 2800 ”Kärnenergiordlista” är bridmaterial den korrekta benämningen på ett material som används för att framställa ett fissilt material men benämningarna breedmaterial eller fertilt material förekommer också. 13 Lättare och tyngre toriumisotoper kan omvandlas till andra uranisotoper än 233 U men som det har framgått ovan så består naturligt torium av i princip isotoprent 232
Th. 14 Crouse D och Brown K, Ind. Eng. Chem., 51 (1959) 1461–1464. 15 Se t.ex. Upparbetning av utbränt kärnbränsle, P. Andersson et.al.
16 Hazen RM et.al. , American Mineralogist, 94 (2009) 1293-1311. SSM 2013:03
Yüklə 442,12 Kb. Dostları ilə paylaş:
|