الثوريوم عنصر كيميائي أساسي في الطبيعة ، مثل الحديد واليورانيوم. مثل اليورانيوم، ويتواجد في الجدول الدوري الرمز Th،وعدده الذري هو 90 ، وهو فلز وله نشاط إشعاعي طفيف ، ولذلك يستخدم كوبود طبيعي بديل لليورانيوم ، حيث يستخدم في تشغيل محطة توليد الكهرباء .
والثوريوم نفسه عنصر مشطور عندما يتعرض للنيوترونات، فإنه سيخضع لسلسلة من التفاعلات النووية حتى يخرج في نهاية المطاف بمجموعة من النظائر من اليورانيوم يسمى U-233، والتي سوف تنقسم بسهولة وتطلق الطاقة كما أنها تمتص النيوترونات. لذلك يطلق على الثوريوم طاقة خصبة ، في حين يطلق على نظائر اليورانيوم U-233 الطاقة الانشطارية.
اكتشاف الثوريوم
تم اكتشاف عنصر الثوريوم عن طريق عالم المعادن النرويجي مورتن ثران ايسمارك في عام 1828 ، وقد عرفه العالم الكيميائي السويدي جو جاكوب بيرزيليس باسم THOR. وفي عام 1997، قامت وزارة الطاقة الامريكية بتمويل الأبحاث في مجال وقود الثوريوم ، وهناك أبحاث أيضا بدأت في عام 1996 من قبل وكالة الطاقة الذرية الدولية، لدراسة استخدام مفاعلات الثوريوم .
ولأن عنصر الثوريوم متكونٌ من طبيعة الأرض ويحمل نفس خصائص الطاقة التي يتمتع بها اليورانيوم، فقد أصبحت محل اهتمام العلماء ودراساتهم المكثفة بينه وبين اليورانيوم من ناحية الأمان وتوفير الطاقة في نفس الوقت.
حيث أثبتت بعض الدراسات الحديثة حول مصادر الطاقة ما يلي :
_ا لثوريوم أحد العناصر الطبيعية الصديقة للبيئة
_ جميع موارد الطاقة في العالم حاليا هي سبب التلوث.
_ يمكن استخراج نترات الثوريوم من حفرة عمقها 12 قدم فقط.
_ أفضل الاستثمارات حاليا هو كيفية تحويل نترات الثوريوم إلى طاقة.
_ أربع جرامات فقط فقط من الثوريوم تكفي لاحتياج أمريكا من الطاقة لمدة عام.
_ ليس هناك حاجة إلى وجود مناجم لاستخراج الثوريوم.
_ يجب أن يتوقف اليورانيوم النووي بسبب مضاره الكبيرة.
_ يمكن للثوريوم أن ينتج عدد لاحصر له من الوقود النووي بشكل آمن.
_ يمكن استخدام الثوريوم 200 مرة أفضل من استخدامنا لليورانيوم الآن.
_ الفحم من المعادن الرخيصة جدا ولكنه يقضي على 13 ألف مواطن في أمريكا في العام الواحد .
_ الفحم يقضي على ما يزيد عن 100 ألف مواطن في الصين سنوياً.
_ الصين تمنح الكثير من الاهتمام البحثي والمادي في تطوير إنتاج الطاقة من الثوريوم.
_ يجب بناء مفاعلات ثوريوم آمنة من أجل محاربة الاحتباس الحراري .
_ تحاول الصين استخدام طاقة الثوريوم من أجل التخلص من التلوث من سمائها .
_ يرى العلماء الأمريكيين أنه يجب التعاون مع الصين في هذا المشروع.
_ العلماء الأمريكيين لديهم استعداد بمقايضة البترول بالثوريوم.
_ يتوقع العلماء إمكانية استخراج 5 ألاف طن من الثوريوم سنوياً.وهذه الكمية كافية لمنح طاقة للعالم بأكمله لمدة عام .
مميزات استخدام الثوريوم كمصدر للطاقة
تعمل المفاعلات التي تستخدم الثوريوم على ما يسمى دورة وقود الثوريوم – اليورانيوم (Th-U). الغالبية العظمى من المفاعلات النووية القائمة أو المقترحة، مع ذلك، استخدام اليورانيوم المخصب (U-235) أو البلوتونيوم إعادة تصنيعها (بو-239) كوقود (في دورة اليورانيوم والبلوتونيوم)، وعدد قليل فقط استخدمت الثوريوم. التصاميم الحالية والغريبة يمكن أن تستوعب نظريا الثوريوم.
تسمح دورات الثوريوم حصريًا بمفاعلات المولدات الحرارية ، يتم إطلاق المزيد من النيوترونات لكل نيوترون ممتص في الوقود في نوع تقليدي (حراري) من المفاعل. هذا يعني أنه في حالة إعادة معالجة الوقود ، يمكن تزويد المفاعلات بالوقود دون تعدين أي U-235 إضافية لتعزيز التفاعلات ، مما يعني أن موارد الوقود النووي على الأرض يمكن تمديدها بأمرين من الحجم دون بعض تعقيدات المفاعلات السريعة. ربما يكون التكاثر الحراري هو الأنسب لمفاعلات ملح المنصهر .
لا تؤدي دورة الوقود Th-U إلى تشعيع اليورانيوم 238 ، وبالتالي لا تنتج ذرات عبر اليورانيوم (أكبر من اليورانيوم) مثل البلوتونيوم ، والأمريكوم ، والكوريوم ، وما إلى ذلك. تشكل هذه المواد التي وراء اليورانيوم مصدر قلق صحي رئيسي للنفايات النووية طويلة الأجل. وبالتالي ، ستكون نفايات Th-U أقل سمية على مقياس الوقت الذي يزيد عن 10،000 عام.
الثوريوم أكثر وفرة في قشرة الأرض من اليورانيوم ، بتركيز 0.0006٪ مقابل 0.00018٪ لليورانيوم (عامل 3.3x). غالبًا ما يُشار إلى ذلك على أنه فائدة رئيسية ، ولكن إذا نظرت إلى الاحتياطيات المعروفة من الثوريوم القابلة للاستخراج اقتصاديًا مقابل اليورانيوم ، ستجد أنهما متطابقان تقريبًا. أيضا ، تم العثور على كمية كبيرة من اليورانيوم الذائب في مياه البحر ، في حين أن هناك ثوريوم أقل 86000x هناك.
إذا أصبحت دورات الوقود المغلقة سائدة على الإطلاق ، فستكون هذه الفائدة غير ذات صلة لأن كل من دورات الوقود Th-U و U-Pu ستستمر لفترة طويلة تصل إلى عشرات الآلاف من السنين ، والتي تدوم طويلاً حتى التاريخ الحديث.
سلبيات عنصر الثوريوم
لا يوجد حتى الآن خبرات كافية حول طرق التعامل مع الثوريوم كمصدر بديل للطاقة .
يعد وقود الثوريوم أكثر صعوبة قليلاً. يذوب ثاني أكسيد الثوريوم في درجات حرارة أعلى بـ 550 درجة من ثاني أكسيد اليورانيوم التقليدي ، لذلك فإن درجات الحرارة المرتفعة للغاية مطلوبة لإنتاج وقود صلب عالي الجودة. بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر Tعنصر الثوريوم خاما تمامًا ، مما يجعل عملية المعالجة كيميائيًا صعبة. هذا ليس له علاقة بالمفاعلات التي تعمل بالوقود السائل والتي تمت مناقشتها أدناه.
الثوريوم المشع أكثر خطورة على المدى القصير. تنتج دورة Th-U بشكل ثابت بعض U-232 ، والتي تتحلل إلى Tl-208 ، الذي يحتوي على وضع انحلال أشعة غاما 2.6 MeV. Bi-212 يسبب أيضًا مشاكل. من الصعب للغاية حماية أشعة جاما هذه ، مما يتطلب معالجة أو إعادة معالجة الوقود المستهلك أكثر تكلفة.
لا يعمل الثوريوم وكذلك U-Pu في مفاعل سريع. في حين أن U-233 وقود ممتاز في الطيف الحراري ، إلا أنه يتراوح بين U-235 و Pu-239 في الطيف السريع. لذلك بالنسبة للمفاعلات التي تتطلب اقتصادًا نيوترونيًا ممتازًا ، فإن الثوريوم ليس مثاليًا.
والثوريوم نفسه عنصر مشطور عندما يتعرض للنيوترونات، فإنه سيخضع لسلسلة من التفاعلات النووية حتى يخرج في نهاية المطاف بمجموعة من النظائر من اليورانيوم يسمى U-233، والتي سوف تنقسم بسهولة وتطلق الطاقة كما أنها تمتص النيوترونات. لذلك يطلق على الثوريوم طاقة خصبة ، في حين يطلق على نظائر اليورانيوم U-233 الطاقة الانشطارية.
اكتشاف الثوريوم
تم اكتشاف عنصر الثوريوم عن طريق عالم المعادن النرويجي مورتن ثران ايسمارك في عام 1828 ، وقد عرفه العالم الكيميائي السويدي جو جاكوب بيرزيليس باسم THOR. وفي عام 1997، قامت وزارة الطاقة الامريكية بتمويل الأبحاث في مجال وقود الثوريوم ، وهناك أبحاث أيضا بدأت في عام 1996 من قبل وكالة الطاقة الذرية الدولية، لدراسة استخدام مفاعلات الثوريوم .
ولأن عنصر الثوريوم متكونٌ من طبيعة الأرض ويحمل نفس خصائص الطاقة التي يتمتع بها اليورانيوم، فقد أصبحت محل اهتمام العلماء ودراساتهم المكثفة بينه وبين اليورانيوم من ناحية الأمان وتوفير الطاقة في نفس الوقت.
حيث أثبتت بعض الدراسات الحديثة حول مصادر الطاقة ما يلي :
_ا لثوريوم أحد العناصر الطبيعية الصديقة للبيئة
_ جميع موارد الطاقة في العالم حاليا هي سبب التلوث.
_ يمكن استخراج نترات الثوريوم من حفرة عمقها 12 قدم فقط.
_ أفضل الاستثمارات حاليا هو كيفية تحويل نترات الثوريوم إلى طاقة.
_ أربع جرامات فقط فقط من الثوريوم تكفي لاحتياج أمريكا من الطاقة لمدة عام.
_ ليس هناك حاجة إلى وجود مناجم لاستخراج الثوريوم.
_ يجب أن يتوقف اليورانيوم النووي بسبب مضاره الكبيرة.
_ يمكن للثوريوم أن ينتج عدد لاحصر له من الوقود النووي بشكل آمن.
_ يمكن استخدام الثوريوم 200 مرة أفضل من استخدامنا لليورانيوم الآن.
_ الفحم من المعادن الرخيصة جدا ولكنه يقضي على 13 ألف مواطن في أمريكا في العام الواحد .
_ الفحم يقضي على ما يزيد عن 100 ألف مواطن في الصين سنوياً.
_ الصين تمنح الكثير من الاهتمام البحثي والمادي في تطوير إنتاج الطاقة من الثوريوم.
_ يجب بناء مفاعلات ثوريوم آمنة من أجل محاربة الاحتباس الحراري .
_ تحاول الصين استخدام طاقة الثوريوم من أجل التخلص من التلوث من سمائها .
_ يرى العلماء الأمريكيين أنه يجب التعاون مع الصين في هذا المشروع.
_ العلماء الأمريكيين لديهم استعداد بمقايضة البترول بالثوريوم.
_ يتوقع العلماء إمكانية استخراج 5 ألاف طن من الثوريوم سنوياً.وهذه الكمية كافية لمنح طاقة للعالم بأكمله لمدة عام .
مميزات استخدام الثوريوم كمصدر للطاقة
تعمل المفاعلات التي تستخدم الثوريوم على ما يسمى دورة وقود الثوريوم – اليورانيوم (Th-U). الغالبية العظمى من المفاعلات النووية القائمة أو المقترحة، مع ذلك، استخدام اليورانيوم المخصب (U-235) أو البلوتونيوم إعادة تصنيعها (بو-239) كوقود (في دورة اليورانيوم والبلوتونيوم)، وعدد قليل فقط استخدمت الثوريوم. التصاميم الحالية والغريبة يمكن أن تستوعب نظريا الثوريوم.
تسمح دورات الثوريوم حصريًا بمفاعلات المولدات الحرارية ، يتم إطلاق المزيد من النيوترونات لكل نيوترون ممتص في الوقود في نوع تقليدي (حراري) من المفاعل. هذا يعني أنه في حالة إعادة معالجة الوقود ، يمكن تزويد المفاعلات بالوقود دون تعدين أي U-235 إضافية لتعزيز التفاعلات ، مما يعني أن موارد الوقود النووي على الأرض يمكن تمديدها بأمرين من الحجم دون بعض تعقيدات المفاعلات السريعة. ربما يكون التكاثر الحراري هو الأنسب لمفاعلات ملح المنصهر .
لا تؤدي دورة الوقود Th-U إلى تشعيع اليورانيوم 238 ، وبالتالي لا تنتج ذرات عبر اليورانيوم (أكبر من اليورانيوم) مثل البلوتونيوم ، والأمريكوم ، والكوريوم ، وما إلى ذلك. تشكل هذه المواد التي وراء اليورانيوم مصدر قلق صحي رئيسي للنفايات النووية طويلة الأجل. وبالتالي ، ستكون نفايات Th-U أقل سمية على مقياس الوقت الذي يزيد عن 10،000 عام.
الثوريوم أكثر وفرة في قشرة الأرض من اليورانيوم ، بتركيز 0.0006٪ مقابل 0.00018٪ لليورانيوم (عامل 3.3x). غالبًا ما يُشار إلى ذلك على أنه فائدة رئيسية ، ولكن إذا نظرت إلى الاحتياطيات المعروفة من الثوريوم القابلة للاستخراج اقتصاديًا مقابل اليورانيوم ، ستجد أنهما متطابقان تقريبًا. أيضا ، تم العثور على كمية كبيرة من اليورانيوم الذائب في مياه البحر ، في حين أن هناك ثوريوم أقل 86000x هناك.
إذا أصبحت دورات الوقود المغلقة سائدة على الإطلاق ، فستكون هذه الفائدة غير ذات صلة لأن كل من دورات الوقود Th-U و U-Pu ستستمر لفترة طويلة تصل إلى عشرات الآلاف من السنين ، والتي تدوم طويلاً حتى التاريخ الحديث.
سلبيات عنصر الثوريوم
لا يوجد حتى الآن خبرات كافية حول طرق التعامل مع الثوريوم كمصدر بديل للطاقة .
يعد وقود الثوريوم أكثر صعوبة قليلاً. يذوب ثاني أكسيد الثوريوم في درجات حرارة أعلى بـ 550 درجة من ثاني أكسيد اليورانيوم التقليدي ، لذلك فإن درجات الحرارة المرتفعة للغاية مطلوبة لإنتاج وقود صلب عالي الجودة. بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر Tعنصر الثوريوم خاما تمامًا ، مما يجعل عملية المعالجة كيميائيًا صعبة. هذا ليس له علاقة بالمفاعلات التي تعمل بالوقود السائل والتي تمت مناقشتها أدناه.
الثوريوم المشع أكثر خطورة على المدى القصير. تنتج دورة Th-U بشكل ثابت بعض U-232 ، والتي تتحلل إلى Tl-208 ، الذي يحتوي على وضع انحلال أشعة غاما 2.6 MeV. Bi-212 يسبب أيضًا مشاكل. من الصعب للغاية حماية أشعة جاما هذه ، مما يتطلب معالجة أو إعادة معالجة الوقود المستهلك أكثر تكلفة.
لا يعمل الثوريوم وكذلك U-Pu في مفاعل سريع. في حين أن U-233 وقود ممتاز في الطيف الحراري ، إلا أنه يتراوح بين U-235 و Pu-239 في الطيف السريع. لذلك بالنسبة للمفاعلات التي تتطلب اقتصادًا نيوترونيًا ممتازًا ، فإن الثوريوم ليس مثاليًا.
