Smält saltreaktor

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 28 september 2015; kontroller kräver 15 redigeringar .

Smält saltreaktor (vätskesaltreaktor, ZhSR, MSR) är en av de typer av lågtryckskärnreaktorer där kylvätskan är baserad på en blandning av smälta salter, som kan arbeta vid höga temperaturer (reaktorns termodynamiska effektivitet är direkt proportionell mot driftstemperaturen), förblir vid denna vid lågt tryck. Detta minskar mekanisk belastning och förbättrar säkerheten och hållbarheten.

I vissa utföringsformer är kärnbränslet också flytande och är ett kylmedel, vilket förenklar reaktorns utformning, utjämnar bränsleutbränningen och även gör det möjligt att ersätta bränslet utan att stänga av reaktorn.

Som salter föreslås vanligtvis aktinidfluorider (beroende på typen av reaktor och bränsle är dessa torium , uran , plutonium och andra aktinider).

Förmågan att mata färskt bränsle, homogenisera kärnan och ta bort klyvningsprodukter (särskilt gasformiga) när den drivs med kraft gör ZhSR till en utmärkt uppfödningsreaktor (uppfödningsreaktor ) och efterbrännare av långlivat avfall (särskilt aktinider).

Det finns också projekt med subkritiska kärnreaktorer på smälta salter, i det här fallet kan de smälta salterna också tjäna som ett mål för acceleratordrivaren, vilket löser problemet med målets stabilitet och enhetligheten i dess utbrändhet.

Allmän information

Eftersom uranreserverna är begränsade förknippas framtidens kärnkraftsindustri på ett eller annat sätt med förädlingsreaktorer och användningen av uran-238 (99,3 % av naturligt uran) och torium-232 som bränsle (tillgängliga reserver är ungefär tre gånger högre än uran-238).

Fördelarna med ZhSR blir särskilt märkbara när de används som bränsleproducenter - detta är möjligt både på termiska neutroner (med torium-uranbränsle och produktion av uran-233 från torium-232) och på snabba neutroner (med uran-plutoniumbränsle och produktion av plutonium-239 från uran-238). I det här fallet blir det möjligt att endast tillsätta källmaterialet (naturligt uran eller naturligt torium) till reaktorn och extrahera fragmenten. I en konventionell fastbränslereaktor skulle detta innebära att man utvinner det använda bränslet och skickar det till kostsam upparbetning för att separera det använda bränslet från fissionsfragmenten. Detta är särskilt viktigt för toriumreaktorer, eftersom när det bestrålas med torium-232 bildas också uran-232. Uran-232 sönderfallsserien innehåller mycket obehagliga gammaaktiva isotoper som gör all bränslehantering extremt svår.

Som salter föreslås det ofta att använda fluorider eller klorider, i synnerhet som en buffert - FLiBe, en lösning av litiumfluorid och berylliumfluorid. Som regel är dessa salter med en relativt låg smältpunkt - 400-700C.

ZhSR är ofta placerade som förbättrade (naturliga) säkerhetsreaktorer av flera skäl:

- bränslet är i flytande tillstånd, så det är lätt att säkerställa naturlig säkerhet mot överhettning av reaktorn: i detta fall smälts den fasta pluggen i reaktorn och bränslet dräneras i en fälla med uppenbarligen subkritisk geometri och neutron absorbatorer;

- det ständiga avlägsnandet av gasformiga klyvningsprodukter och den ständiga påfyllningen av färskt bränsle gör det möjligt att inte stoppa in bränsle med en stor reaktivitetsmarginal i reaktorn, vilket minskar riskerna för okontrollerad reaktorspringning;

- lågt tryck i reaktorkärlet gör det möjligt att öka säkerheten (detta gör det möjligt att klara sig utan extra starka strukturer under bestrålning, i jämförelse säg med VVER är detta en ekonomisk vinst).

Relativt höga temperaturer (därav hög effektivitet), enkelhet och kompakthet hos kärnutrustningen, möjligheten att tanka på kraft, användningen av mycket billigt bränsle (bränsle för andra typer av reaktorer är ofta en mycket komplex och dyr mekanisk produkt) gör ZhSR mycket attraktiv.

ZhSR som typ av reaktor ingår i sökprogrammet GEN4, nu annonserar flera innovativa företag ut sin utveckling ZhSR som en framtidsreaktor.

Denna typ av reaktorer har emellertid också nackdelar. Först och främst handlar det om den mycket komplexa kemin hos bränsle och skrovmaterial, som måste motstå en mycket korrosiv miljö under förhållanden med kraftig joniserande strålning, inklusive neutroner. De första experimenten ( MSRE - American molten salt reactor) visade att problemet inte bör underskattas.

Trots befintliga förslag om kontinuerlig bränslepåfyllning och/eller utvinning av absorbatorfragment från den har detta ännu inte implementerats i praktiken och detta medför betydande tekniska risker när det är detaljerat och implementerat.

Det finns allvarlig kritik mot själva tillvägagångssättet: många tror att borttagandet av två säkerhetsbarriärer (pelletsskalet och bränsleelementet i VVER kontra den enkla smältan av bränsle i ZhSR) ökar riskerna för radioaktiva utsläpp.

Slutligen påpekar kritiker att till den nuvarande kostnaden för uran är uppfödningsreaktorer inte lönsamma, vilket innebär att ZSR förlorar en betydande del av sina fördelar.

Befintliga projekt

Befintliga projekt är homogena reaktorer (inklusive snabba neutroner ) som arbetar på en blandning av fluorsmältor Li- litium , Be -beryllium , Zr- zirkonium , U- uran .

Fördelar

  1. Lågt tryck i reaktorkärlet (1 atm ) - tillåter användningen av ett mycket billigt kärl, samtidigt som det eliminerar en hel klass av olyckor med ett brott på kärlet och rörledningarna i den första kretsen.
  2. Höga temperaturer i den första kretsen - över 700 °C (och i reaktorer med ultrahög temperatur över 1400) och som ett resultat hög termodynamisk verkningsgrad (upp till 44 % för MSBR-1000), vilket tillåter användning av konventionella turbiner från värmekraftverk.
  3. Det är möjligt att organisera ett kontinuerligt byte av bränsle utan att stänga av reaktorn - avlägsnande av fissionsprodukter från den första kretsen och dess påfyllning med nytt bränsle.
  4. Mindre radioaktivt slitage av byggmaterial jämfört med tryckvattenreaktorer.
  5. Hög bränsleeffektivitet.
  6. Förmåga att bygga en förädlingsreaktor eller omvandlare.
  7. Möjligheten att använda toriumbränslecykler , vilket avsevärt expanderar och minskar kostnaden för bränslecykeln.
  8. Metallfluorider, till skillnad från flytande natrium , interagerar praktiskt taget inte med vatten och brinner inte, vilket utesluter en hel klass av olyckor som är möjliga för natriumkylda flytande metallreaktorer .
  9. Möjligheten att ta bort xenon (för att undvika att förgifta reaktorn ) genom att helt enkelt blåsa in kylvätskan med helium i MCP . Som ett resultat - förmågan att arbeta i lägen med en konstant förändring i kraft.

Nackdelar

  1. Behovet av att organisera bränslebehandling vid kärnkraftverk.
  2. Högre korrosion från smälta salter.
  3. Högre doskostnader under reparationen av den första kretsen jämfört med VVER
  4. Lågt förädlingsförhållande (CV ~ 1,06 för MSBR-1000) jämfört med flytande metallreaktorer med natriumkylvätska (CV ~ 1,3 för BN-600, BN-800)
  5. Betydligt stora (2-3 gånger ) tritiumutsläpp jämfört med tryckvattenreaktorer , som kan kontrolleras genom att välja strukturmaterial för rörledningar i den första kretsen.
  6. Brist på byggmaterial.

Smältsaltreaktorprojekt

Anteckningar

  1. ↑ JREngel, HFBauman, JFDearing, WRGrimes, HEMcCoy, WARhoades. Konceptuella designegenskaper hos en denaturerad smältsaltreaktor med engångsbränsle  . teknisk rapport . Oak Ridge National Lab (1 juni 1980). Datum för åtkomst: 18 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 8 februari 2012.
  2. ↑ Mr. Jintaek Jung, VD och koncernchef för SHI, och Mr. Troels Schenfeldt, medgrundare och VD för Seaborg. Samsung Heavy Industries (SHI) och Seaborg tecknar partnerskap för att utveckla ett flytande kärnkraftverk i kombination med väte- och  ammoniakanläggningar . Nyheter&Frågor (11 april 2022). Tillträdesdatum: 11 april 2022.

Se även

Litteratur