Reactorul cu sare topită

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 28 septembrie 2015; verificările necesită 15 modificări .

Reactorul cu sare topită (reactor cu sare lichidă, ZhSR, MSR) este unul dintre tipurile de reactoare nucleare de joasă presiune în care lichidul de răcire se bazează pe un amestec de săruri topite, care poate funcționa la temperaturi ridicate (eficiența termodinamică a reactorului este direct proporțională cu temperatura de funcționare), rămânând la aceasta la presiune scăzută. Acest lucru reduce stresul mecanic și îmbunătățește siguranța și durabilitatea.

În unele exemple de realizare, combustibilul nuclear este, de asemenea, lichid și este un lichid de răcire, ceea ce simplifică proiectarea reactorului, egalizează arderea combustibilului și, de asemenea, face posibilă înlocuirea combustibilului fără a opri reactorul.

Ca săruri, sunt sugerate în mod obișnuit fluorurile de actinidă (în funcție de tipul de reactor și de combustibil, acestea sunt toriu , uraniu , plutoniu și alte actinide).

Capacitatea de a alimenta combustibil proaspăt, de a omogeniza miezul și de a elimina produsele de fisiune (în special gazoase) atunci când funcționează la putere, face din ZhSR un excelent reactor de reproducere (reactor de reproducere ) și post-ardere a deșeurilor cu viață lungă (în special actinide).

Există și proiecte de reactoare nucleare subcritice pe săruri topite, în acest caz sărurile topite pot servi și ca țintă pentru acceleratorul-driver, ceea ce rezolvă problema cu stabilitatea țintei și uniformitatea arderii acesteia.

Informații generale

Întrucât rezervele de uraniu sunt limitate, industria nucleară a viitorului este asociată într-un fel sau altul cu reactoare de reproducere și cu utilizarea uraniului-238 (99,3% din uraniul natural) și a toriu-232 ca combustibil (rezervele disponibile sunt de aproximativ trei ori mai mari). decât cele ale uraniului-238).

Avantajele ZhSR devin deosebit de vizibile atunci când sunt utilizați ca producători de combustibil - acest lucru este posibil atât pe neutroni termici (cu combustibil toriu-uraniu și producția de uraniu-233 din toriu-232), cât și pe neutroni rapizi (cu combustibil uraniu-plutoniu). și producția de plutoniu-239 din uraniu-238). În acest caz, devine posibil să se adauge doar materialul sursă (uraniu natural sau toriu natural) în reactor și să se extragă fragmentele. Într-un reactor convențional cu combustibil solid, aceasta ar implica extragerea combustibilului uzat și trimiterea acestuia spre reprocesare costisitoare pentru a separa combustibilul uzat de fragmentele de fisiune. Acest lucru este deosebit de important pentru reactoarele cu toriu, deoarece atunci când este iradiat cu toriu-232, se formează și uraniu-232. Seria de dezintegrare a uraniului-232 conține izotopi gamma-activi foarte neplăcuți care fac extrem de dificilă manipularea oricărui combustibil.

Ca săruri, se propune adesea utilizarea fluorurilor sau clorurilor, în special, ca tampon - FLiBe, o soluție de fluorură de litiu și fluorură de beriliu. De regulă, acestea sunt săruri cu un punct de topire relativ scăzut - 400-700C.

ZhSR sunt adesea poziționați ca reactoare de siguranță (naturale) îmbunătățite din mai multe motive:

- combustibilul este în stare lichidă, deci este ușor de asigurat siguranța naturală împotriva supraîncălzirii reactorului: în acest caz, dopul solid din reactor este topit, iar combustibilul este drenat într-o capcană cu geometrie evident subcritică și neutron absorbante;

- eliminarea constantă a produselor de fisiune gazoasă și reaprovizionarea constantă cu combustibil proaspăt fac posibilă nu introducerea combustibilului cu o marjă mare de reactivitate în reactor, ceea ce reduce riscurile de evadare necontrolată a reactorului;

- presiunea scăzută în vasul reactorului face posibilă creșterea siguranței (în plus, face posibil să se facă fără structuri extra-rezistente sub iradiere, în comparație, de exemplu, cu VVER, acesta este un câștig economic).

Temperaturi relativ ridicate (deci, eficiență ridicată), simplitatea și compactitatea echipamentului de bază, posibilitatea realimentării la putere, utilizarea combustibilului foarte ieftin (combustibilul pentru alte tipuri de reactoare este adesea un produs mecanic foarte complex și costisitor) face ca ZhSR foarte atractiv.

ZhSR ca tip de reactor este inclus în programul de căutare GEN4, acum mai multe companii inovatoare își fac publicitate dezvoltărilor ZhSR ca reactor al viitorului.

Cu toate acestea, acest tip de reactor are și dezavantaje. În primul rând, aceasta se referă la chimia foarte complexă a combustibilului și a materialelor carenei, care trebuie să reziste la un mediu foarte coroziv în condiții de radiații ionizante puternice, inclusiv neutroni. Primele experimente ( MSRE - reactor american de sare topită) au arătat că problema nu trebuie subestimată.

În ciuda propunerilor existente pentru reaprovizionarea continuă cu combustibil și/sau extracția fragmentelor de absorbant din acesta, acest lucru nu a fost încă implementat în practică, iar acest lucru implică riscuri tehnice semnificative atunci când este detaliat și implementat.

Există critici serioase la adresa abordării în sine: mulți cred că îndepărtarea a două bariere de siguranță (coaja peletei și elementul de combustibil în VVER față de simpla topire a combustibilului în ZhSR) crește riscurile de emisii radioactive.

În cele din urmă, criticii subliniază că la prețul actual al uraniului, reactoarele de reproducere nu sunt profitabile, ceea ce înseamnă că ZSR își pierde o parte semnificativă din avantajele sale.

Proiecte existente

Proiectele existente sunt reactoare omogene (inclusiv neutroni rapizi ) care funcționează pe un amestec de topituri de fluorură Li- litiu , Be- beriliu , Zr- zirconiu , U- uraniu .

Avantaje

  1. Presiune scăzută în vasul reactorului (1 atm ) - permite utilizarea unui vas foarte ieftin, eliminând în același timp o întreagă clasă de accidente cu o ruptură a vasului și a conductelor din primul circuit.
  2. Temperaturi ridicate ale primului circuit - peste 700 °C (și în reactoare cu temperatură ultra-înaltă peste 1400) și, ca urmare, eficiență termodinamică ridicată (până la 44% pentru MSBR-1000), care permite utilizarea turbinelor convenționale din centrale termice.
  3. Este posibil să se organizeze o înlocuire continuă a combustibilului, fără a opri reactorul - îndepărtarea produselor de fisiune din primul circuit și completarea acestuia cu combustibil proaspăt.
  4. Mai puțină uzură radioactivă a materialelor de construcție în comparație cu reactoarele cu apă sub presiune.
  5. Eficiență ridicată a combustibilului.
  6. Abilitatea de a construi un reactor de reproducere sau un convertor.
  7. Posibilitatea de a utiliza cicluri de combustibil cu toriu , care extinde semnificativ și reduce costul ciclului de combustibil.
  8. Fluorurile metalice, spre deosebire de sodiul lichid , practic nu interacționează cu apa și nu ard, ceea ce exclude o întreagă clasă de accidente care sunt posibile pentru reactoarele metalice lichide răcite cu sodiu .
  9. Posibilitatea de a elimina xenonul (pentru a evita otrăvirea reactorului ) prin simpla suflare a lichidului de răcire cu heliu în MCP . Ca rezultat - capacitatea de a lucra în moduri cu o schimbare constantă a puterii.

Dezavantaje

  1. Necesitatea organizării procesării combustibililor la centralele nucleare.
  2. Coroziune mai mare din sărurile topite.
  3. Costuri mai mari ale dozei în timpul reparației primului circuit comparativ cu VVER
  4. Raport scăzut de reproducere (CV ~ 1,06 pentru MSBR-1000) în comparație cu reactoarele metalice lichide cu lichid de răcire cu sodiu (CV ~ 1,3 pentru BN-600, BN-800)
  5. Emisii de tritiu semnificativ mari (de 2-3 ori) comparativ cu reactoarele cu apă sub presiune , care pot fi controlate prin selectarea materialelor structurale pentru conductele din primul circuit.
  6. Lipsa materialelor de construcție.

Proiecte de reactoare cu sare topită

Note

  1. ↑ JREngel, HFBauman, JFDearing, WRGrimes, HEMcCoy, WARhoades. Caracteristicile de proiectare conceptuale ale unui reactor de sare topită denaturată cu alimentare cu combustibil o dată  . raport tehnic . Laboratorul Național Oak Ridge (1 iunie 1980). Data accesului: 18 octombrie 2010. Arhivat din original la 8 februarie 2012.
  2. ↑ Dl Jintaek Jung, Președinte și CEO al SHI, și Dl. Troels Schenfeldt, co-fondator și CEO al Seaborg. Samsung Heavy Industries (SHI) și Seaborg semnează un parteneriat pentru a dezvolta o centrală nucleară plutitoare combinată cu centrale de hidrogen și  amoniac . Știri și probleme (11 aprilie 2022). Data accesului: 11 aprilie 2022.

Vezi și

Literatură