Wendelsbergs folkhögskola Lärare: Wil Coppen Vårterminen 2014



Yüklə 36,63 Kb.
tarix05.03.2018
ölçüsü36,63 Kb.
#30354

Wendelsbergs folkhögskola

Lärare: Wil Coppen Vårterminen 2014

Torium

Metallen och dess användning i kärnkraftindustrin



Tim Mannion

19791107- 5013




Innehåll




1.Inledningen 3

2.En introduktion till grundämnet torium 4

2.1Torium 4

2.2Förekomsten av torium 5

2.3Framställan av torium 5

3.Torium som bränsle i en reaktor 6

4.Är torium en lämplig energikälla? 8

5.Källförteckning 9

6.1. Apendix 1 10

6.2 Apendix 2 11




  1. Inledningen



    1. Syfte


Syftet med den här undersökningen är dels att beskriva grundämnet torium och dels att beskriva hur en bridreaktor fungerar när man använder torium som bränsle. Jag kommer också att försöka ta reda på om torium är ett lämpligt ämne att använda som ett förnybart bränsle.
    1. Metod


I den här uppsatsen kommer jag att förlita mig nästan uteslutande av källor hämtade ifrån böcker. Merparten av informationen kommer att hämtas ifrån Per Enghags bok Jordens grundämnen och deras upptäckt. Jag kommer även att använda mig av lämpliga källor på nätet. En lista häröver kommer att finnas under rubriken källförteckning.


    1. Avgränsning


I denna uppsats kommer jag att redovisa kortfattat om torium som grundämne samt hur metallen används i en bridreaktor. Jag kommer dock inte gå in på områden som rör dess egenskaper eller dess reaktionsbenägenhet och dylikt.




  1. En introduktion till grundämnet torium



    1. Torium


Torium är ett av våra grundämnen, det vill säga att det består av atomer med samma antal protoner i atomens kärna. Ämnet upptäcktes av en svensk vetenskapsman vid namnet J. J Berzelius i mitten på 1800-talet. Torium har atomnummer 90 och förekommer sålunda bland aktinoiderna i det periodiska systemet. Torium är en silvervitmetall och är svagt radioaktiv. Det är dock intill ofarligt att befinna sig nära torium då ämnet ger ifrån sig alfastrålning som inte kan penetrera människohud. Det är dock farligt att inte metallen i dess pulverform då människans inre organ upptar dess strålning och det kan bildas cancerceller som en följd av detta. Torium har sex kända isotoper med varierande sönderfallsgrader. 228Th har till exempel en halveringstid på 1,91 år medan 232Th har en halveringstid på 1,4 * 1010 år.

Merparten av värmen som kommer ifrån jordskorpan är ett resultat av att torium sönderfaller till bland annat en isotop av radium (228Ra)


    1. Förekomsten av torium


Torium är ett grundämne som finns både i jordskorpan och även i oceanerna. Metallen är två gånger vanligare i jordskorpan än uran och nästan lika vanligt förekommande som molybden. Enligt en publikation ifrån Strålsäkerhetsmyndighet, Torium- en studie ur kärntekniskt perspektiv (s.5) förekommer torium ofta i områden som är rika i uran1. Jordskorpan består av 12 ppm torium och haven består av 9,2 * 10 -6 ppm. I dess mineralform förekommer torium i torit (ThSiO4) samt i en oxid bestående av både torium och uran. Man kan även hitta spår av torium i monazit (Ce, La, Nd, Th) PO4. Av ekonomiska skäl är det vanligare att man försöker framställa torium ur monazit. Torium framställs ofta som en biprodukt när man extraherar andra ämnen ur monazit. På grund av ett intill obefintligt intresse för torium slängs stora mängder av denna biprodukt varje år.

De största mängderna med torium förekommer framför att i USA, Indien och i Australien.


    1. Framställan av torium


I sin bok Jordens grundämnen och deras upptäckt (s.282 andra stycke) ger Per Enghag en över sikt över framställningen av torium. För att kunna framställa torium krävs en enorm mängd energi och tid. Som jag nämnde ovan använder man monazit som källa till torium. Mozanit innehåller uppskattningsvis 5-10% torium. Först måste man behandla monaziten med svavelsyra (H2SO4) för att kunna lösa upp torium. Eftersom det förekommer andra ämnen än torium i denna upplösning måste man därefter sila av dem. Det som blir kvar är en lösning enbart bestående av toriumflourid (ThF4). Härefter reduceras toriumflourid med magnesium. För att kunna göra detta på ett mer effektivt sätt behöver man använda ett system med smältelektrolys2. Torium ska sedan lösas ut i en smälta av natrium- och kaliumklorid (NaCl respektive KCl) vid 8000C. Till slut har man kvar torium i dess renaste form.

2.4 Vad används torium till?


I den amerikanska geologiska publikationen, Mineral Commodity Summeries som gavs ut av det amerikanska inrikesdepartementet år 2002 (s. 173), gör man gällande att efterfrågan på torium har sjunkit kraftigt sedan 1980-talet. Detta beror till stor del på att kostnaderna för att sanera efter och förvara torium har blivit alldeles för höga i förhållande till marknadsvärdet på metallen3. Från att ha använts till allt ifrån glödnäten i fotogenlyktor till värmekällor i mikrovågsugnar nyttjar man torium i dag i industrier som har att göra med kärnkraft. Enligt ovannämnda publikationen skulle man kunna använda torium i batterier och värmekällor men eftersom den ger ifrån sig radioaktiva strålningar anses den vara olämplig till det syfte.

  1. Torium som bränsle i en reaktor



    1. Torium i kärnkraftsreaktorer


Allt sedan 1980-talet har torium varit en tänkbar källa i kärnkraftsreaktorer. Innan man kan använda torium som kärnbränsle måste man bygga en bridreaktor. En bridreaktor är en sådan som använder helium eller allra helst flytande metaller såsom bly och natrium som kylmedium. Det gör man därför att vatten hade gjort att neutronerna hade bromsats ner eller absorberats i alldeles för hög utsträckning. Vatten måste dock omge reaktorn om man ska bilda elproducerande ånga. Det är den enda typen av reaktor som kan förädla torium från en metall till en energikälla4. Torium är i sig inte ett kärnbränsle men den kan transmuteras till 233U genom att man bombarderar toriums neutroner från en partikelaccelerator för att sätta igång fissionsreaktionen5. 232Torium bombarderas med neutroner och blir till 233Th. Därefter genomgår ämnet ytterligare fission innan det slutligen bildar 233U. Enorma mängder energi produceras och vattnet som omger reaktorn börjar ånga av sig. Ångan leds bort till turbinerna som börjar snurra och el produceras. Denna el används då främst till hushåll- och fabrikskonsumption.
    1. För-, och nackdelar med torium som bränsle


Enligt Richard Martin vars bok Torium: the green energy sourch for the future tar upp torium som bränsle, några fördelar som kan förknippas med torium som kärnbränsle är:

  • På grund av dess låga strålning är det opraktiskt och nästan omöjligt att använda torium i kärnvapen

  • Torium finns i betydligt större mängder i jordskorpan jämfört med exempelvis uran

  • Trots att torium är ett radioaktivt ämne är det mer miljövänligt att använda torium som kärnbaserat bränsle då det ger ifrån sig alfastrålning som inte är farlig för människor.

  • Enligt forskning är det lättare att städa upp om en olycka skulle vara framme. Borsyra kan användas då eftersom den har lätt för att fånga upp toriumneutroner och därmed avbryta fissionen

Enligt bland annat Per Enghags bok Jordens grundämnen och deras upptäckt finns det dock några nackdelar med att använda torium. Några av dessa är:

  • De befintliga kärnkraftreaktorer förmår inte att utnyttja torium och då måste man bygga dyra reaktorer. Utan enorma subventioner och investeringar ifrån ett lands regering blir det nästan omöjligt att bygga en sådan reaktor.

  • Torium och dess isotoper är relativt ofarliga. Det händer dock att torium förädlas till uran 232U och plutonium (239 Pu). 232U är ett livsfarligt ämnen på grund av den gammastrålning den ger ifrån sig och både uran och plutonium kan användas för att färdigställa kärnvapen.

  • Det är inte torium i sig som är ett kärnbränsle utan dess förädlade former som klyvs och sönderfaller tills de producerar isotoper av uran. Därför föreligger det fortfarande problem när det gäller kärnavfallshantering.

  • Enorma mängder energi ska till i en bridreaktor om man vill klyva torium. Av den anledning är det svårare att förhindra en olycka särskilt i de senare skeendena när uran bildas.


  1. Är torium en lämplig energikälla?


Trots att jag är en stark förespråkare av kärnkraft som energikälla inser jag också att det finns begränsningar. Jag är för att man börjar använda torium som bränsle men jag har vissa reservationer. Trots att det finns ett överflöde av torium i jordskorpan betyder det inte att det finns oändliga mängder. Framtidens kärnkraftsreaktorer kan mycket väl drivas med torium men bara under ett par hundra år. Därefter måste man försöka hitta en ny energikälla.

När torium sönderfaller och bildar diverse isotoper av uran. Av den anledningen är jag något negativt inställd till att man använder torium. Torium är måttligt radioaktiv och är oanvändbar i kärnvapen. Dessa sönderfall bildar uran som är både starkt radioaktiv och en ingrediens i kärnvapen.

Även frågan om avfallshantering måste diskuteras först. En olycka med torium kan lätt städas upp om man använder borsyra och den har en kort halveringstid. Däremot förekommer uran i samband med klyvning av torium och både dess strålning och långa halveringstid ger upphov till enorma problem vad gäller människans hälsa och miljöförstöring.

  1. Källförteckning



5.1 Tryckta källor


Enghag, Per. 1999. Jordens Grundämnen och deras upptäckt. Stockholm. Industrilitteratur AB.

Martin, Richard. 2012. Torium; The green energi source for the future. Förlaget Palgrave and Macmillan Ltd.


5.2 Otryckta källor


Svenska strålsäkerhetsmyndigheten Publikation om torium. 2013

http://www.stralsakerhetsmyndigheten.se/Global/Publikationer/Rapport/Icke%20spridning/2013/SSM-Rapport-2013-03.pdf



Svenska Wikipedias sida om elektrolysis

http://sv.wikipedia.org/wiki/Sm%C3%A4ltelektrolys



American Department of the interior. Minerals Commodity Series

http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/mcs/2002/mcs2002.pdf



Nyteknik- Teknikfrågan. 2013

http://www.nyteknik.se/popular_teknik/teknikfragan/article2476683.ece



Energinyheter- Torium kan ersätta uran som bränsle. 2011

http://www.energinyheter.se/2011/11/torium-kan-ers-tta-uran-som-k-rnbr-nsle



6.1. Apendix 1




6.2 Apendix 2




1 http://www.stralsakerhetsmyndigheten.se/Global/Publikationer/Rapport/Icke%20spridning/2013/SSM-Rapport-2013-03.pdf

2 http://sv.wikipedia.org/wiki/Sm%C3%A4ltelektrolys

3 http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/mcs/2002/mcs2002.pdf

4 http://www.nyteknik.se/popular_teknik/teknikfragan/article2476683.ece

5 http://www.energinyheter.se/2011/11/torium-kan-ers-tta-uran-som-k-rnbr-nsle



Yüklə 36,63 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2023
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə