"Vannak kutatási eredmények arra, hogy durván 30 éven belül elfogy a gazdaságosan kitermelhetõ hasadó anyag"
Igen, tudjuk, én is így olvastam. Errõl már sokszor és sokan írtunk, de nem lehet elégszer leírni. (Nagyon jól tetted, hogy felvetetted a kérdést, mert így lehetõségem van újra leírni:-))
Ma az az uránérc termelhetõ ki gazdaságosan, amelynek az U3O8 ("yellow cake") tartalma legalább 0,25%. (Úgy hallottam, hogy a mecseki urántartalmú kõzet max. 0,2%-os)
Gondolkodjunk el azon, hogy mitõl gazdaságos az egyik, és mitõl nem gazdaságos a másik érc.
A gazdaságosság kérdése MINDIG egy mérleg két serpenyõjét jelenti. Egyik serpenyõben van a nyereségünk (itt és most a kapott energiamennyiség), a másikban pedig a ráfordítások
(ez a ráfordítás-lista igen hosszú: benne van az érc tonna-millióinak a kibányászása valamilyen X mélységbõl, mozgatása, fizikai majd kémiai feldolgozása, a keletkezõ enyhén radioaktív meddõ és hulladék deponálása, aztán ide tartozik a nagyon költséges és energiaigényes dúsítás, a fûtõelemek legyártása, de ide tartozik a kiégett fûtõelemek további kezelése is.)
Ez a mérleg különleges: a két serpenyõje nincs egyensúlyban. A "nyereség" serpenyõ mindig nehezebb egy kicsivel, mint a "veszteség" serpenyõ. Így gazdaságos a világ.
Ha egy mérleg "nyereség" serpenyõjébe helyezett súlyt --mondjuk-- megduplázzuk, akkor a másik --veszteség-- serpenyõbe helyezett súlyt is meg lehet duplázni.
Itt jön a következõ kérdés: hogyan lehet a "nyereség" serpenyõt megduplázni? Sõt: meg-500-szorozni.
Tudjuk, hogy a mai konstrukciójú hasadási atomerõmûvek az uránnak csak egyik izotópját, a 235-ös tömegszámút tudják hasznosítani, a többi megy a hulladékba.
A 235-ös urán csupán 0,7%-a a teljes uránnak, a többi (99,3%) 238-as tömegszámú, ami lassú neutronokkal nem hasítható. (gyors neutronok is túl kicsi hatáskeresztmetszettel hasítják ahhoz, hogy önfenntartó láncreakció létre tudjon jönni)
Az U238 mag elnyeli a lassú neutront és Np239-cé alakul, ami azután béta bomlással viszonyag gyorsan (kb. 2 nap felezési idõvel) Pu239-cé alapul.
(van az uránnak még egy izotópja, ami hasadóanyagként szóba jöhet: az U233, ám ez a természetben nem fordul elõ, mert a felezési ideje 150 ezer év, így a Föld keletkezése óta már teljesen elbomlott)
A Plutónium 239 már hasadóanyag, lassú neutronokkal is hasítható (gyorsakkal is) és önfenntartó láncreakcióra képes (sõt e szempontból az U235-nél is egy kicsivel jobb)
A nyomottvizes reaktorokban olyan sokáig van benn az üzemanyag, hogy ott a Pu239-bõl a további neutronbombázás hatására végül Pu241 is keletkezik. (a plutónium egy része folyamatosan hasad is az üzemanyagciklus alatt, ezáltal hozzájárul az energiatermeléshez is)
Amikor a használ üzemanyag kikerül egy nyomottvizes reaktorból, tartalmaz valamennyi Pu izotópot is. Van egy adat, amit sokszorozási tényezõnek neveznek, ez a keletkezõ Pu és az "elégetett" U235 aránya. Sajnos, a nyomottvizes reaktorokban ez az arány jóval 1 alatt van a zóna túl nagy neutroelnyelõ képessége miatt (ha a bóros szabályozást elhagyják, akkor is jóval 1 alatt marad a sokszorozási tényezõ)
Úgy hallottam, hogy van olyan reaktor, amiben elvileg elérheti az 1-et ez a tényezõ: a CANDU nehézvízes reaktor. Nem sok mûködik belõle a világban, mert nagyon drága.
Van azonban egy márt mûködõ olyan reaktortipus, amelyben a sokszorozási tényezõ jóval 1 fölött is lehet: ez a folyékony nátriumhûtésû gyorsreaktor (nem lassítják le a neutronokat).
Ezek a reaktorok fel tudnák használni a plutónium izotópokat és az U233-at is (ami a természetben nagy mennyiségben lévõ Th232 (tórium) -ból keletkezik egy ilyen szaporító reaktorban.)
Ha egy reaktor az eddigi, kis mennyiségû U235-ön kívül a kb 500-szor nagyobb mennyiségben meglévõ U238 + Th232 -t is fel tudná használni, akkor:
1.) Ha csak a ma kiaknázható érckészleteket vesszük alapul, akkor is kb. 500-szorosára nõne a megtermelhetõ energia
2.) Viszont ne feledjük a fentemlített mérleget. Ha egy uránércbõl kinyerhetõ energia hirtelen 140-szeresére növekszik (U238), akkor a gazdaságosan kitermelhetrõ érc U3O8 koncentrációja kb. 140-ed részére csökken!
Ez viszont (fõleg ha a tóriumot is ideveszzük) szinte hatûrtalan mértékben megnöveli a kiaknázható készletek mennyiségét.