Reator de tório é aquele onde a geração de energia nuclear é realizada principalmente pela fissão nuclear do isótopo urânio-233 produzido a partir do elemento tório.
Segundo seus proponentes, o ciclo do tório oferece várias vantagens em potencial sobre um ciclo de combustível do urânio, incluindo uma abundância muito maior de tório na Terra, propriedades físicas e nucleares superiores e produção reduzida de resíduos radioativos. No entanto, o desenvolvimento da energia baseada no tório tem custos iniciais significativos. Os proponentes também citam a ausência de potencial para uma fácil produção de armamento como uma vantagem do tório, enquanto os críticos dizem que o desenvolvimento de reatores autofertilizantes em geral (incluindo reatores de tório, autofertilizantes por natureza) aumenta as preocupações com a proliferação nuclear. Em 2020, não há reatores de tório operando no mundo.
Um reator nuclear consome certos isótopos físseis específicos para produzir energia. Os dois tipos mais comuns de combustível de reator nuclear são:
Urânio-235, purificado (isto é, "enriquecido"), reduzindo a quantidade de urânio-238 no urânio natural extraído. A maior parte da energia nuclear foi gerada usando urânio com baixo enriquecimento (LEU), enquanto o urânio com alto enriquecimento (HEU) é necessário para armas. Plutônio-239, transmutado a partir de urânio-238, obtido a partir de urânio natural extraído.
O foco do presente artigo são reatores alimentados por Urânio-233, transmutado a partir de tório-232, derivado de tório extraído natural.
Porque o tório-232 não é físsil, requer quantidades significativas de materiais cindíveis (ou seja, urânio-235, ou plutónio-239 fabricado noutros reatores) para gerar os neutrões necessários para transmutar algum do tório para urânio-233 - um material físsil que tem uma massa crítica comparável ao Plutónio. Ao contrário do Plutónio, o U-233 não requer engenharia de implosão para o desencadear, e pode mais ser prontamente utilizado num dispositivo nuclear improvisado.
Alguns acreditam que o tório é a chave para o desenvolvimento de uma nova geração de energia nuclear mais limpa e segura. De acordo com um parecer de 2011 de um grupo de cientistas do Instituto de Tecnologia da Geórgia, considerando seu potencial geral, a energia baseada em tório "pode significar uma solução de mais de 1000 anos ou como uma fonte de baixo carbono de qualidade para fontes de energia verdadeiramente sustentáveis, resolvendo uma enorme parte do impacto ambiental negativo da humanidade."
Depois de estudar a viabilidade do uso de tório, os cientistas nucleares Ralph W. Moir e Edward Teller sugeriram que a pesquisa nuclear de tório deveria ser reiniciada após três décadas de paralisação e que uma pequena usina experimental deveria ser construída.
Antecedentes e breve histórico
Após a Segunda Guerra Mundial, reatores nucleares à base de urânio foram construídos para geração de eletricidade. Estes eram semelhantes aos projetos de reatores que produziam material para armas nucleares. Durante esse período, o governo dos Estados Unidos também construiu um reator experimental de sal fundido usando combustível U-233, o material físsil criado pelo bombardeio do tório com nêutrons. Nos anos 1960, EUA e URSS tiveram programas para o desenvolvimento de aeronaves com propulsão nuclear mas, por questões estratégicas e financeiras tais foram encerrados, respectivamente em 1961 e 1966. O reator MSRE (Molten-Salt Reactor Experiment - reator experimental de sal fundido), construído no Laboratório Nacional de Oak Ridge, operou de maneira crítica por aproximadamente 15.000 horas, de 1965 a 1969. O MRSE foi desenvilvido, primariamente, para ser instalado em aeronaves e usar combustível nuclear "convencional". Em 1968, o prêmio Nobel e descobridor de plutônio, Glenn Theodore Seaborg, anunciou publicamente à Comissão de Energia Atômica, a qual ele presidia, que o reator à base de tório havia sido desenvolvido e testado com sucesso.
Em 1973, no entanto, o governo dos EUA adotou a tecnologia de urânio e interrompeu amplamente a pesquisa nuclear relacionada ao tório. As razões foram que os reatores "movidos a urânio" eram mais eficientes, a pesquisa foi comprovada e a taxa de reprodução do tório foi considerada insuficiente para produzir combustível suficiente para apoiar o desenvolvimento de uma indústria nuclear comercial. Como Moir e Teller escreveram mais tarde: "A competição se resumia a um reator rápido de metais líquidos (LMFBR) no ciclo urânio-plutônio e um reator térmico no ciclo tório-233U, o reator autofertilizante de sal fundido. O LMFBR tinha um maior taxa de reprodução... e venceu a competição." Na opinião deles, a decisão de interromper o desenvolvimento de reatores de tório, pelo menos como uma opção de backup, "foi um erro desculpável".
O escritor de ciências Richard Martin afirma que o físico nuclear Alvin Weinberg, diretor de Oak Ridge e principal responsável pelo novo reator, perdeu seu emprego como diretor porque defendeu o desenvolvimento de reatores de tório alegadamente mais seguros. O próprio Weinberg relembra esse período:
"O [congressista] Chet Holifield estava claramente exasperado comigo, e finalmente deixou escapar: "Alvin, se você está preocupado com a segurança dos reatores, acho que talvez seja hora de você deixar a energia nuclear". Eu fiquei sem palavras. Mas ficou claro para mim que meu estilo, minha atitude e minha percepção do futuro não estavam mais em sintonia com os poderes da AEC."
Martin explica que a falta de vontade de Weinberg de sacrificar uma forma de energia nuclear potencialmente segura para o benefício de usos militares o forçou a se aposentar:
"Weinberg percebeu que você poderia usar o tório em um tipo totalmente novo de reator, que não apresentaria risco de colapso... sua equipe construiu um reator funcional... e ele passou o resto de seus 18 anos de mandato tentando fazer do tório o coração do esforço de energia atômica do país. Ele falhou. Os reatores de urânio já haviam sido estabelecidos e Hyman Rickover, chefe de fato do programa nuclear dos EUA, queria que o plutônio das usinas nucleares movidas a urânio fosse usado em bombas. Cada vez mais aborrecido, Weinberg foi finalmente forçado a sair em 1973."
Apesar da história documentada da energia nuclear do tório, muitos dos especialistas nucleares de hoje desconheciam isso. De acordo com a revista Chemical & Engineering News, "a maioria das pessoas - inclusive os cientistas - mal ouviram falar do elemento e pouco sabem sobre ele...", observando o comentário de um participante da conferência que "é possível ter doutorado em tecnologia de reatores nucleares e não conhecer a energia do tório." O físico nuclear Victor J. Stenger, por exemplo, soube desta alternativa primeira vez em 2012:
"Foi uma surpresa para mim saber recentemente que essa alternativa esteve disponível para nós desde a Segunda Guerra Mundial, mas não foi adotada porque não era aplicável em armas."
Outros, incluindo o ex-cientista da NASA e especialista em tório Kirk Sorensen, concordam que "o tório era o caminho alternativo que não foi seguido..."Martin, Richard. Superfuel: Thorium, the Green Energy Source for the Future. Palgrave–Macmillan (2012), , Consultado em 4 de outubro de 2020. Segundo Sorensen, durante uma entrevista documental, ele afirma que se os EUA não interrompessem suas pesquisas em 1974, poderia ter "provavelmente alcançado independência energética em torno de 2000". A outras conclusões chega o engenheiro nuclear Nick Touran, que aponta aqueles, que em sua opinião, são vários mitos e equívocos acerca do tório como combustível nuclear. Para N. Touran, o abandono da opção tório foi apenas uma questão económica.
Possíveis vantagens
A World Nuclear Association explica alguns dos possíveis benefícios.
O ciclo de combustível do tório oferece enormes benefícios de segurança energética a longo prazo devido ao seu potencial de ser um combustível autossustentável, sem a necessidade de reatores rápidos de nêutrons. É, portanto, uma tecnologia importante e potencialmente viável que parece capaz de contribuir para a construção de cenários confiáveis de energia nuclear a longo prazo.
Moir e Teller concordam, observando que as possíveis vantagens do tório incluem "a utilização de um combustível abundante, a inacessibilidade desse combustível a terroristas ou o desvio para o uso de armas, juntamente com bons recursos econômicos e de segurança..." O tório é considerado a "fonte de energia mais abundante, mais prontamente disponível, mais limpa e mais segura da Terra", acrescenta o escritor científico Richard Martin.
O tório é três vezes mais abundante que o urânio e quase tão abundante quanto o chumbo e o gálio na crosta terrestreGoswami, D. Yogi, ed. The CRC Handbook of Mechanical Engineering, Second Edition, CRC Press (2012) pp. 7–45, Consultado em 4 de outubro de 2020. (descobriu-se tório também nas superfícies da Lua e de Marte). A TEA (Thorium Energy Alliance) estima que "apenas nos Estados Unidos existe tório suficiente para alimentar o país em seu nível atual de energia por mais de 1.000 anos". "Os EUA enterraram toneladas como subproduto da mineração de terras raras", observa Ambrose Evans-Pritchard. Quase todo o tório é Th-232 fértil, em comparação com o urânio, composto por 99,3% de U-238 fértil e 0,7% de U-235 fértil mais valioso. É difícil fabricar uma bomba nuclear prática a partir de subprodutos de um reator de tório. De acordo com Alvin Radkowsky, projetista da primeira usina elétrica atômica em escala mundial, "a taxa de produção de plutônio de um reator de tório seria inferior a 2% da de um reator padrão, e o conteúdo isotópico do plutônio o tornaria inadequado para uma detonação nuclear." Várias bombas de urânio-233 foram testadas, mas a presença de urânio-232 tendeu a "envenenar" o urânio-233 de duas maneiras: intensa radiação do urânio-232 fez o material difícil de manusear, e o urânio-232 levou a uma possível pré-detonação. Separar o urânio-232 do urânio-233 mostrou-se muito difícil, embora técnicas mais recentes de laser possam facilitar esse processo.Langford, R. Everett (2004). Introduction to Weapons of Mass Destruction: Radiological, Chemical, and Biological. John Wiley & Sons, pág. 85. ISBN 9780471465607 Consultado em 4 de outubro de 2020.Ford, James and Schuller, C. Richard. Controlling threats to nuclear security a holistic model., págs. 111–112, United States Government Printing Office, 1997, ISBN 9781428981386. Consultado em 4 de outubro de 2020).
Há muito menos lixo nuclear (imagem ao lado) até duas ordens de magnitude a menos, afirmam Moir e Teller, eliminando a necessidade de armazenamento em larga escala ou a longo prazo; "Cientistas chineses afirmam que resíduos perigosos serão mil vezes menos que o urânio." A radioatividade do resíduo resultante também cai para níveis seguros após apenas uma ou algumas centenas de anos, em comparação com dezenas de milhares de anos necessários para o resíduo nuclear convencional decair. De acordo com Moir e Teller, "uma vez iniciado, ele não precisa de outro combustível, exceto o tório, porque produz a maior parte ou todo o seu próprio combustível". Isso se aplica apenas a reatores de reprodução, que produzem pelo menos tanto material físsil quanto consomem. Outros reatores requerem material físsil adicional, como urânio-235 ou plutônio. O ciclo do combustível de tório é uma maneira potencial de produzir energia nuclear a longo prazo com resíduos de baixa radio-toxicidade. Além disso, a transição para o tório pode ser feita através da incineração de plutônio de uso militar (WPu) ou plutônio civil. Como todo tório natural pode ser usado como combustível, não é necessário um enriquecimento caro. No entanto, o mesmo vale para o U-238 como combustível fértil no ciclo urânio-plutônio.