Norskt företag satsar på torium

Nya bränslen i sikte

Kutsar av Th-Additive med ett toriuminnehåll om 40 %.

Företaget Thor Energy i Norge är nära att kunna inleda licensieringen av två nya bränslen för lättvattenreaktorer. Det gemensamma för de två bränslena är att de innehåller tungmetallen torium. Det ena bränslet är tänkt att förbättra driftparametrarna för världens reaktorer, det andra är tänkt som ett sätt att ta hand om de lager av plutonium som finns i vissa länder. Även om Thor Energy ännu inte har ett färdigt bränsle visar företaget att kärnteknisk innovation kan frodas och få stor uppmärksamhet även i länder utan egen kärnkraft.

Thor Energy är ett litet riskkapitalfinansierat företag baserat i Oslo. Företagets idé är att utveckla kärnbränsle som innehåller torium. De inledande studier som gjordes bekräftade att drömmen om att ersätta uran helt med torium bara är realiserbar under mycket speciella förutsättningar som inte kan uppnås i lättvattenreaktorer. Verksamheten inriktades istället på att utveckla av två typer av bränslen med det gemensamt att de innehåller torium.

Det ena bränslet, ”ThAdditive”, är tänkt att användas för att jämna ut effektfördelningen i lättvattenreaktorer som i övrigt laddas med standardbränsle. Men man menar att bränslet också kan vara intressant för nya kärnkraftsländer där det kan finnas politiska skäl att visa upp att man ”introducerar torium i den nukleära värdekedjan” som företagets vd Öystein Asphjell uttrycker det.

Cheuk Lau som ansvarar för bränsleutvecklingen förklarar att den stora fördelen med ThAdditive är att tillsatsen av torium ger en jämnare effektfördelning i härden. I vanliga fall håller man ner effekten i färskt bränsle med hjälp av så kallade brännbara absorbatorer, till exempel gadolinium. Liksom de brännbara absorbatorerna stjäl torium neutroner som annars skulle ha kunnat orsaka klyvningsreaktioner. Men där gadolinium enbart förbrukas bygger torium upp nytt klyvbart material, uran-233, som så småningom börjar bidra till energiproduktionen i bränslet. Mängden brännbar absorbator kan då minskas och effekten i härden jämnas ut. Lau berättar att man räknar med att kunna minska mängden brännbar absorbator med runt en tredjedel jämfört med konventionella bränslen.

När de termiska marginalerna förbättras kan man tillåta ett högre effektuttag ur härden. Fler bränsleknippen kan ha höga effekter utan att något enskilt knippe blir för varmt. Lau menar att ytterligare effekthöjningar utöver de som kan göras med dagens bränslen blir möjliga i härdar laddade med ThAdditive.

En betydande nackdel med ThAdditive är att det kräver en högre initial anrikning för att i slutändan nå samma utbränning som konventionellt bränsle. Visserligen innehåller bränslet mer fissilt material när det efter några år tas ur reaktorn, men så länge man inte upparbetar bränslet är det snarast en nackdel. Behovet av en högre initial anrikning kommer att göra det nya bränslet dyrare än existerande bränslen men i gengäld kan man alltså få en jämnare effektfördelning och eventuellt ett högre effektuttag.

Det andra bränslet, ”ThMox”, är en variant av det MOX-bränsle som används för att återanvända upparbetat plutonium. Standard-MOX är en blandning av uran-238 och separerat plutonium. I ThMox blandar man istället ut det klyvbara plutoniet med torium. Därigenom slipper man att det byggs upp nytt plutonium från bränslematrisen. Medan uran-238 bygger upp plutonium bygger torium istället upp uran-233 när det utsätts för neutroner i reaktorn. För den som är intresserad av att förstöra separerat plutonium men kan acceptera produktionen av uran-233 kan ThMOX vara ett intressant alternativ.

I ThMOX är torium den helt dominerande komponenten vilket här gör att man kan dra nytta av att torium bildar en mycket stabil oxid. Lakningen av torium till vatten går långsammare än lakningen av uran vilket är en fördel när man får en skada på bränslekapslingen så att reaktorvatten kommer i kontakt med bränslet. Det är också en fördel i säkerhetsanalysen för slutförvaret då bränslet i än mindre utsträckning än uranbränslen löses upp av vatten som eventuellt kan ha tagit sig in i slutförvarets kopparkapslar. Den stabila toriummatrisen behåller också gasformiga fissionsprodukter, så kallade fissionsgaser, bättre än uranbränsle. Även det är en fördel om bränslekapslingen eller slutförvarsbehållarna skadas.

Både frigörelsen av fissionsgas och lakningshastigheten för bestrålat bränsle ska testas när de experiment man sedan 2013 har i reaktorn i Halden plockas ut. Thor Energy har för närvarande 18 stavar i forskningsreaktorn. Man räknar också med att stätta in ytterligare experiment innan årets slut.

För att de nya experimenten ska bli av som planerat krävs det dock att Halden får finansiering för att fortsätta driften. Förslaget till norsk statsbudget för 2018, som just har kommit, innehåller ett förslag om finansiering för 2018 till 2020 så just nu ser det ljust ut. Men inget är klart förrän budgeten har antagits i december.

Det naturliga när man vidareutvecklar kärnbränslen kan tyckas vara att utgå ifrån vad man vill förbättra i reaktorns uppförande för att utifrån det leta efter lämpliga bränslesammansättningar. Thor Energy har istället valt att undersöka vilka egenskaper man kan få hos reaktorn genom att blanda i just torium i bränslet. Förklaringen till att norrmännen vänt på frågan ligger i att Norge har mycket stora fyndigheter av torium. Utgångspunkten har alltså i första hand varit att hitta ett sätt att få avsättning för torium.

Öystein Asphjell är optimistisk och berättar att nästa steg nu är att licensiera de två bränslena. Thor Energy kommer sedan att sälja licenser till bränsleleverantörer och kraftbolag som är intresserade av företagets metod för att tillverka bränslen, som har behov av de bestrålningsdata man skaffat sig eller som vill använda sig av Thor Energys härdkonfigurationer optimerade för de två bränslena.

Asphjell berättar också att man har påbörjat utvecklingen av en tredje bränsletyp som ska minska uranbehovet i lättvattenreaktorerna med omkring tre procent. Förhoppningen är att det bränslet ska bli företagets storsäljare på sikt då marknaden är större än för de två bränslen man har kommit längre med.

Thor Energy har ännu en bit kvar innan man kan presentera ett kommersiellt bränsle, men verksamheten som bedrivs får stor uppmärksamhet i Norge. Man visar upp en framtidstro och pekar på hur kärnteknisk innovation kan leda till en kommersiell verksamhet även i ett litet land utan egen kärnkraft.