Rozwój energetyki jądrowej w coraz większym stopniu koncentruje się na poszukiwaniu rozwiązań bardziej bezpiecznych, elastycznych i przyjaznych środowisku niż klasyczne reaktory na uran. W tym kontekście reaktory torowe, zwłaszcza w technologii ciekłosolnej, zaczynają być postrzegane jako potencjalny fundament przyszłego miksu energetycznego. Tor, przez lata traktowany jako ciekawostka, dziś wraca do łask dzięki postępowi w materiałoznawstwie, modelowaniu procesów jądrowych oraz rosnącej presji na ograniczanie emisji gazów cieplarnianych. Poniższy tekst omawia właściwości toru jako paliwa, zasady działania reaktorów torowych oraz ich możliwy wpływ na globalny przemysł energetyczny.

Tor jako paliwo jądrowe – zasoby, właściwości i cykl paliwowy

Tor (Th-232) sam w sobie nie jest paliwem rozszczepialnym, lecz tzw. izotopem płodnym. Oznacza to, że po pochłonięciu neutronu może zostać przekształcony w izotop rozszczepialny – uran-233 – który już nadaje się do podtrzymywania reakcji łańcuchowej. Taka ścieżka nazywana jest cyklem paliwowym tor–uran-233 i stanowi alternatywę dla dominującego obecnie cyklu uran–pluton.

Z punktu widzenia przemysłu energetycznego kluczowe są trzy aspekty: dostępność złóż, właściwości fizyczne oraz konsekwencje dla bezpieczeństwa i gospodarki odpadami. Tor występuje w skorupie ziemskiej kilkukrotnie częściej niż uran, często jako produkt uboczny przy wydobyciu metali ziem rzadkich. Szacuje się, że globalne zasoby toru są na tyle duże, iż przy efektywnym wykorzystaniu mogłyby zapewnić pokrycie zapotrzebowania na energię elektryczną przez wiele stuleci. To sprawia, że **tor** postrzegany jest jako paliwo o potencjalnie strategicznym znaczeniu dla bezpieczeństwa energetycznego wielu państw.

W odróżnieniu od konwencjonalnego paliwa uranowego, które wymaga wzbogacania w izotop U-235, tor można wprowadzać do cyklu paliwowego w reaktorze tzw. nadkrytycznym lub wspomaganym innym źródłem neutronów (np. niewielką ilością wzbogaconego uranu lub plutonu). Po napromieniowaniu tor przekształca się w protaktyn-233, który rozpada się do uranu-233 – to on jest właściwym paliwem rozszczepialnym. Ten proces wymaga precyzyjnego zarządzania strumieniem neutronów i składem chemicznym paliwa, co z kolei wpływa na projekt reaktora i systemu przerobu paliwa.

Ważnym argumentem na rzecz cyklu torowego jest struktura odpadów promieniotwórczych. W reaktorze, gdzie główną rolę odgrywa U-233, powstaje mniej ciężkich aktynowców (np. plutonu, ameryku czy curu), które są szczególnie problematyczne w długoterminowym składowaniu. Odpady z cyklu torowego mają generalnie krótsze okresy półtrwania dominujących izotopów w porównaniu z odpadami z klasycznych reaktorów uranowych, co teoretycznie upraszcza rozwiązania logistyczne i finansowe w obszarze gospodarki odpadami. Nie eliminuje to oczywiście wyzwań związanych z bezpieczeństwem radiologicznym, ale może znacząco zmienić horyzont czasowy odpowiedzialności za obiekty składowania.

Właściwości chemiczne toru i jego związków również mają znaczenie praktyczne. Tlenek toru (ThO₂) charakteryzuje się bardzo wysoką temperaturą topnienia i dobrą stabilnością chemiczną, co przekłada się na potencjalnie większą odporność paliwa na skrajne warunki pracy. Dla przemysłu energetycznego, który szczególnie ceni stabilność paliwa przy wysokich temperaturach i w warunkach intensywnego napromieniowania, jest to zaleta przekładająca się na bezpieczeństwo i trwałość elementów paliwowych.

Nie można jednak pominąć ograniczeń. Produkcja, przerób oraz recykling materiałów zawierających U-233 są technologicznie złożone. Uran-233 może być skażony U-232, który emituje wysokoenergetyczne promieniowanie gamma, utrudniające obsługę materiału i wymagające zaawansowanych systemów osłon i zdalnej manipulacji. Z perspektywy cywilnej energetyki jądrowej jest to zarówno problem – bo zwiększa koszty – jak i pośrednia zaleta, gdyż utrudnia proliferacyjne wykorzystanie tego materiału do celów militarnych.

Technologie reaktorów torowych i ich przewagi nad klasycznymi reaktorami uranowymi

Reaktory torowe mogą istnieć w kilku odmianach konstrukcyjnych. Teoretycznie można wprowadzać tor jako domieszkę do paliwa w klasycznych reaktorach wodnych (PWR, BWR), jednak prawdziwy potencjał tego pierwiastka ujawnia się w bardziej zaawansowanych koncepcjach, takich jak reaktory ciekłosolne (MSR – Molten Salt Reactors), wysokotemperaturowe reaktory gazowe (HTGR) czy systemy powielające ciepłoneutronowe. Szczególne zainteresowanie budzą reaktory MSR, w których paliwo jądrowe rozpuszczone jest w roztopionych solach fluorkowych lub chlorkowych.

W reaktorze ciekłosolnym tor można wprowadzać do obiegu paliwowego w postaci rozpuszczonego związku chemicznego. Strumień neutronów przekształca Th-232 w U-233, a sam proces zachodzi w objętości ciekłego paliwa, bez konieczności produkcji stałych prętów paliwowych. Podejście to otwiera drogę do tzw. on-line reprocessingu, czyli ciągłego oczyszczania paliwa z produktów rozszczepienia i oddzielania cennych izotopów bez wyłączania reaktora. Z punktu widzenia operacyjnego ogranicza to przestoje, pozwala na bardziej elastyczne zarządzanie składem paliwa i może zwiększyć współczynnik wykorzystania mocy jednostki.

Bardzo istotną przewagą koncepcji torowo–ciekłosolnej jest potencjalnie wysoki poziom bezpieczeństwa pasywnego. W wielu projektach MSR przewiduje się zastosowanie tzw. zatyczki z materiału o niskiej temperaturze topnienia (np. soli zamrożonej przepływem chłodzonego gazu) w dolnej części zbiornika reaktora. W razie przegrzania instalacji zatyczka ulega stopieniu, a ciekłe paliwo grawitacyjnie spływa do dedykowanych zbiorników awaryjnych, gdzie ma taką geometrię i warunki chłodzenia, że reakcja łańcuchowa nie może się utrzymywać. Taki system nie wymaga aktywnych urządzeń, zasilania elektrycznego ani natychmiastowej interwencji operatorów, co w skrajnych scenariuszach może znacząco ograniczyć ryzyko poważnej awarii.

W porównaniu z reaktorami wodnymi reaktory torowe ciekłosolne potencjalnie pracują w wyższych temperaturach, ale przy niższym ciśnieniu. Brak znacznie sprężonej wody w obiegu pierwotnym redukuje ryzyko gwałtownych rozprężeń i awarii związanych z utratą chłodziwa. Wyższa temperatura pracy oznacza wyższą sprawność termodynamiczną obiegu – możliwe jest wykorzystanie nowoczesnych turbin i cykli (np. Braytona) lub bezpośrednie zasilanie procesów przemysłowych wymagających wysokiej temperatury. To z kolei otwiera drogę do zastosowań w przemyśle chemicznym, hutnictwie czy produkcji paliw syntetycznych.

Na tle klasycznych reaktorów na uran pojawia się również kwestia proliferacji. Cykle torowe generują stosunkowo mało plutonu, a obecność domieszek U-232 w materiale paliwowym sprawia, że ewentualna separacja U-233 do celów militarnych staje się bardzo trudna technicznie i wysoce niebezpieczna z powodu silnego promieniowania gamma. Z punktu widzenia międzynarodowej kontroli zbrojeń może to być atut skłaniający niektóre państwa do rozważenia toru jako paliwa z niższym potencjałem do wykorzystania w broni jądrowej.

Nie należy jednak idealizować tej technologii. Reaktory ciekłosolne wymagają materiałów konstrukcyjnych odpornych na długotrwałe oddziaływanie gorących, silnie korozyjnych soli oraz intensywnego napromieniowania. Historia badań, m.in. projektu MSRE w Oak Ridge National Laboratory, pokazuje, że możliwe jest uzyskanie zadowalającej trwałości elementów konstrukcyjnych, ale wymaga to zaawansowanej metalurgii, precyzyjnej kontroli składu chemicznego soli i ciągłego monitorowania stanu instalacji. To wszystko przekłada się na koszt i złożoność systemu, co ma bezpośredni wpływ na konkurencyjność ekonomiczną wobec klasycznych reaktorów wodnych i źródeł odnawialnych.

Alternatywną ścieżką są reaktory wysokotemperaturowe gazowe, w których tor stosuje się w postaci paliwa kulistego (tzw. pebbles) lub prętów powlekanych ceramiką. W takich reaktorach również można realizować cykl tor–U-233, korzystając z wysokich temperatur pracy i dobrej charakterystyki bezpieczeństwa pasywnego. Gazowy chłodziwo (najczęściej hel) i ceramiczne materiały paliwowe pozwalają na bardzo wysokie temperatury w rdzeniu bez ryzyka przegrzania paliwa. Choć tego typu konstrukcje są mniej zaawansowane koncepcyjnie niż MSR, nadal stanowią obszar intensywnych badań i demonstracji pilotażowych.

Znaczenie reaktorów torowych dla globalnego przemysłu energetycznego i transformacji energetycznej

Globalna transformacja energetyczna, napędzana potrzebą ograniczenia emisji CO₂ i poprawy bezpieczeństwa dostaw energii, tworzy przestrzeń dla nowych technologii jądrowych. Reaktory torowe wpisują się w ten trend na kilka sposobów: mogą dostarczać wielkoskalowej, stabilnej mocy elektrycznej, wspierać dekarbonizację przemysłu ciężkiego oraz dawać państwom z ograniczonymi zasobami uranu alternatywną ścieżkę rozwoju energetyki jądrowej.

Jednym z istotnych aspektów jest geopolityka zasobów. Złoża toru są stosunkowo równomierniej rozproszone niż złoża wysokiej jakości rud uranu. Znaczące zasoby mają m.in. Indie, Brazylia, Australia, Stany Zjednoczone, kraje skandynawskie i kilka państw afrykańskich. Dla gospodarek importujących obecnie duże ilości paliw kopalnych możliwość oparcia części miksu energetycznego na rodzimych zasobach toru może oznaczać wzrost niezależności energetycznej. Dla państw rozwijających się to również szansa na skok technologiczny, pod warunkiem że otrzymają dostęp do know-how oraz wsparcie instytucji międzynarodowych.

Przemysł energetyczny coraz wyraźniej odczuwa potrzebę elastyczności źródeł wytwórczych. W systemach z dużym udziałem energii wiatrowej i słonecznej rośnie wartość mocy, która może stabilnie pracować w podstawie obciążenia, ale też dynamicznie reagować na wahania produkcji OZE. Reaktory torowe, zwłaszcza ciekłosolne, dzięki zintegrowanym zbiornikom ciepła (np. solnym magazynom energii) potencjalnie nadają się do takich zastosowań. Możliwe jest okresowe gromadzenie nadwyżek ciepła w magazynach i wykorzystywanie go wtedy, gdy zapotrzebowanie na elektryczność lub ciepło procesowe wzrasta. W praktyce mogłoby to połączyć cechy klasycznej elektrowni jądrowej i dużej instalacji magazynowania energii.

Istnieje też aspekt gospodarki wodorowej i paliw syntetycznych. Wysokotemperaturowe reaktory torowe mogą dostarczać ciepła do procesów termochemicznego rozkładu wody czy efektywnych elektrolizerów wysokotemperaturowych, co obniża zużycie energii elektrycznej w produkcji wodoru. Taki **wodór** mógłby zasilać m.in. przemysł chemiczny, rafinerie, transport ciężki i żeglugę, ograniczając zależność od ropy naftowej. Integracja reaktorów torowych z instalacjami wytwarzania paliw syntetycznych (np. e-metanolu czy e-kerosenu) tworzy wizję nowych, niskoemisyjnych łańcuchów wartości w przemyśle energetyczno-paliwowym.

Z punktu widzenia operatorów systemów elektroenergetycznych istotne jest także bezpieczeństwo i akceptacja społeczna. Historyczne awarie w klasycznych elektrowniach jądrowych zrodziły obawy wobec wszystkich technologii jądrowych. Reaktory torowe, dzięki cechom konstrukcyjnym i odmiennemu cyklowi paliwowemu, mogą zaoferować argumenty łagodzące te obawy: brak paliwa w postaci stałych prętów, niższe ciśnienie pracy, pasywne systemy bezpieczeństwa, mniejsza ilość długożyjących odpadów. Jeśli zostaną towarzysko dobrze zakomunikowane i potwierdzone wieloletnią bezawaryjną eksploatacją demonstracyjnych jednostek, może to przełożyć się na większą akceptację inwestycji w energetykę jądrową.

Nie można jednak pominąć barier wdrożeniowych. Przemysł jądrowy jest z natury konserwatywny: inwestuje miliardy w konstrukcje sprawdzone, certyfikowane i dobrze znane organom regulacyjnym. Wprowadzenie nowego typu reaktora wiąże się z koniecznością przeprowadzenia rozbudowanych programów badawczo-rozwojowych, budowy prototypów i demonstratorów, opracowania nowych norm i standardów, a także przeszkolenia całego łańcucha dostaw oraz kadry operacyjnej. Dla firm energetycznych i państw oznacza to wysokie nakłady kapitałowe oraz przyjęcie ryzyka technologicznego, co może hamować szybkie rozpowszechnienie technologii torowych.

Jednocześnie konkurencja nie śpi. Szybko taniejące odnawialne źródła energii – zwłaszcza fotowoltaika i energetyka wiatrowa – wywierają presję na opłacalność ekonomiczną projektów jądrowych. Reaktory torowe, aby zdobyć miejsce w miksie energetycznym, muszą nie tylko być bezpieczne i niskoemisyjne, lecz także konkurować kosztowo z połączeniem OZE, magazynów energii i elastycznych źródeł gazowych. Perspektywą, w której mogą uzyskać przewagę, są systemy o bardzo wysokim poziomie elektryfikacji, dużych wymaganiach stabilności sieci oraz ograniczonej dostępności paliw kopalnych.

Warto również uwzględnić wymiar regulacyjny i społeczny. Rozwój technologii torowych wymaga tworzenia specjalistycznych ram prawnych obejmujących m.in. zasady postępowania z paliwem U-233, standardy bezpieczeństwa dla reaktorów ciekłosolnych czy kryteria lokalizacji jednostek wysokotemperaturowych. Proces ten jest wieloletni, wymaga współpracy międzynarodowych agencji, regulatorów krajowych oraz ośrodków naukowych. Równolegle konieczne jest prowadzenie otwartej komunikacji z opinią publiczną, aby uniknąć sytuacji, w której brak zaufania społecznego zablokuje rozwój nawet technicznie obiecujących projektów.

W dłuższej perspektywie reaktory torowe mogą stać się ważnym elementem tzw. czwartej generacji energetyki jądrowej, obok innych koncepcji zaawansowanych reaktorów prędkich, wysokotemperaturowych oraz układów hybrydowych. Ich rola nie ograniczałaby się wyłącznie do wytwarzania energii elektrycznej; równie istotne mogą być zastosowania w przemyśle chemicznym, ciepłownictwie systemowym, odsalaniu wody czy produkcji paliw syntetycznych. Dzięki temu **energetyka** jądrowa przestałaby być postrzegana jako wyłącznie „elektrowniana” branża, a stałaby się integralną częścią szerszego ekosystemu przemysłowego, wspierającego dekarbonizację całej gospodarki.

Ostatecznie to, czy tor stanie się realną alternatywą dla tradycyjnego uranu, zależy nie tylko od fizyki reaktorów, lecz także od decyzji politycznych, dostępności kapitału, tempa innowacji oraz tego, jak przemysł energetyczny odpowie na rosnące wymagania dotyczące bezpieczeństwa, niezawodności i zrównoważonego rozwoju. Dla wielu krajów, które łączą ambicje klimatyczne z potrzebą rozwoju gospodarczego, reaktory torowe mogą stać się jednym z kluczowych elementów strategii budowy nowoczesnego, niskoemisyjnego systemu energetycznego.