Reactor De Sales Fundidas: ¿Repensar el ciclo del combustible en el futuro de la energía nuclear?

Por Fouad Sabry

¿Qué es un reactor de sales fundidas?

Un tipo de reactor de fisión nuclear conocido como reactor de sales fundidas, o MSR para abreviar, es aquel en el que el refrigerante del reactor nuclear principal y /o el combustible es una mezcla de sales fundidas. Solo ha habido dos MSR en funcionamiento, y ambos eran reactores de investigación en los Estados Unidos. El Experimento del Reactor de Sal Fundida de la década de 1960 tuvo como objetivo probar el concepto de una planta de energía nuclear que implementa un ciclo de combustible de torio en un reactor reproductor, mientras que el Experimento del Reactor Aeronáutico de la década de 1950 fue motivado principalmente por el tamaño compacto que ofrece la técnica. El Experimento del Reactor de Aeronaves se llevó a cabo en la década de 1950. El aumento de la investigación sobre los diseños de reactores de Generación IV comenzó a revitalizar el interés en la tecnología y, en septiembre de 2021, China estaba a punto de comenzar su MSR de torio TMSR-LF1. Este interés fue provocado por el hecho de que numerosos países tenían proyectos que utilizaban la tecnología.

Cómo se beneficiará

(I) Perspectivas y validaciones sobre la siguientes temas:

Capítulo 1: Reactor de sales fundidas

Capítulo 2: Reactor nuclear

Capítulo 3: Reactor de lecho de guijarros

Capítulo 4: Reactor reproductor

Capítulo 5: Reactor de neutrones rápidos

Capítulo 6: Coeficiente de vacío

Capítulo 7: Seguridad nuclear pasiva

Capítulo 8: Combustible nuclear

Capítulo 9: Reactor de IV generación

Capítulo 10: Reactor de gas de alta temperatura

Capítulo 11: Ciclo del combustible de torio

Capítulo 12: Alvin M. Weinberg

Capítulo 13: Experimento del reactor de sales fundidas

Capítulo 14: Reactor de torio con fluoruro líquido

Capítulo 15: FLiBe

Capítulo 16: Energía nuclear basada en torio

Capítulo 17: Reactor integral de sales fundidas

Capítulo 18: Reactor nuclear ThorCon

Capítulo 19: Reactor de doble fluido

Capítulo 20: Reactor salino estable

Capítulo 21: TMSR -LF1

(II) Respondiendo a las principales preguntas del público sobre el reactor de sal fundida.

(III) Ejemplos del mundo real para el uso del reactor de sal fundida en muchos campos.

(IV) 17 apéndices para explicar, brevemente, 266 tecnologías emergentes en cada industria para tener una comprensión completa de 360 ​​grados de las tecnologías de los reactores de sales fundidas.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de grado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieran ir más allá del conocimiento o la información básica para cualquier tipo de reactor de sales fundidas.

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 17 oct 2022

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Derechos de autor

Reactor de sal fundida Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos los derechos reservados.

Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro puede ser reproducida en cualquier forma o por cualquier medio electrónico o mecánico, incluyendo sistemas de almacenamiento y recuperación de información, sin permiso por escrito del autor. La única excepción es por un revisor, que puede citar extractos cortos en una revisión.

Portada diseñada por Fouad Sabry.

Este libro es una obra de ficción. Los nombres, personajes, lugares e incidentes son productos de la imaginación del autor o se usan ficticiamente. Cualquier parecido con personas reales, vivas o muertas, eventos o lugares es completamente coincidencia.

Sobresueldo

Puede enviar un correo electrónico a [e-mail] con el asunto Reactor de sales fundidas: ¿Repensar el ciclo del combustible en el futuro de la energía nuclear? , y recibirá un correo electrónico que contiene los primeros capítulos de este libro.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Prefacio

¿Por qué escribí este libro?

La historia de escribir este libro comenzó en 1989, cuando era estudiante en la Escuela Secundaria de Estudiantes Avanzados.

Es notablemente como las escuelas STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas), que ahora están disponibles en muchos países avanzados.

STEM es un plan de estudios basado en la idea de educar a los estudiantes en cuatro disciplinas específicas: ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas, en un enfoque interdisciplinario y aplicado. Este término se usa típicamente para abordar una política educativa o una elección de currículo en las escuelas. Tiene implicaciones para el desarrollo de la fuerza laboral, las preocupaciones de seguridad nacional y la política de inmigración.

Había una clase semanal en la biblioteca, donde cada estudiante es libre de elegir cualquier libro y leer durante 1 hora. El objetivo de la clase es animar a los estudiantes a leer materias distintas al currículo educativo.

En la biblioteca, mientras miraba los libros en los estantes, noté libros enormes, un total de 5,000 páginas en 5 partes. El nombre del libro es La Enciclopedia de la Tecnología, que describe todo lo que nos rodea,desde el cero absoluto hasta los semiconductores, casi todas las tecnologías, en ese momento, se explicaban con ilustraciones coloridas y palabras simples. Comencé a leer la enciclopedia y, por supuesto, no pude terminarla en la clase semanal de 1 hora.

Así que convencí a mi padre para que comprara la enciclopedia. Mi padre compró todas las herramientas tecnológicas para mí al comienzo de mi vida, la primera computadora y la primera enciclopedia tecnológica, y ambas tienen un gran impacto en mí y en mi carrera.

He terminado toda la enciclopedia en las mismas vacaciones de verano de este año, y luego comencé a ver cómo funciona el universo y cómo aplicar ese conocimiento a los problemas cotidianos.

Mi pasión por la tecnología comenzó hace más de 30 años y aún así el viaje continúa.

Este libro es parte de La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes, que es mi intento de dar a los lectores la misma experiencia increíble que tuve cuando estaba en la escuela secundaria, pero en lugar de las tecnologías del siglo 20, estoy más interesado en las tecnologías emergentes del siglo 21, las aplicaciones y las soluciones de la industria.

La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes constará de 365 libros, cada libro se centrará en una sola tecnología emergente. Puede leer la lista de tecnologías emergentes y su categorización por industria en la parte de Próximamente, al final del libro.

365 libros para dar a los lectores la oportunidad de aumentar su conocimiento sobre una sola tecnología emergente todos los días en el transcurso de un período de un año.

Introducción

¿Cómo escribí este libro?

En cada libro de La Enciclopedia de las Tecnologías Emergentes, estoy tratando de obtener información de búsqueda instantánea y cruda, directamente de las mentes de las personas, tratando de responder a sus preguntas sobre la tecnología emergente.

Hay 3 mil millones de búsquedas en Google todos los días, y el 20% de ellas nunca se han visto antes. Son como una línea directa a los pensamientos de la gente.

A veces eso es '¿Cómo elimino el atasco de papel?'. Otras veces, son los miedos desgarradores y los anhelos secretos que solo se atreverían a compartir con Google.

En mi búsqueda por descubrir una mina de oro sin explotar de ideas de contenido sobre Reactor de sales fundidas, utilizo muchas herramientas para escuchar datos de autocompletar de motores de búsqueda como Google, luego rápidamente saco cada frase y pregunta útil, la gente pregunta sobre la palabra clave Reactor de sal fundida.

Es una mina de oro de conocimiento de las personas, que puedo usar para crear contenido, productos y servicios frescos y ultra útiles. La gente amable, como tú, realmente quiere.

Las búsquedas de personas son el conjunto de datos más importante jamás recopilado sobre la psique humana. Por lo tanto, este libro es un producto en vivo, y constantemente actualizado por más y más respuestas para nuevas preguntas sobre Reactor de sal fundida, hechas por personas, como usted y yo, que se preguntan sobre esta nueva tecnología emergente y les gustaría saber más sobre ella.

El enfoque para escribir este libro es obtener un nivel más profundo de comprensión de cómo las personas buscan en torno al reactor de sales fundidas, revelando preguntas y consultas que no necesariamente pensaría en la parte superior de mi cabeza, y respondiendo estas preguntas con palabras súper fáciles y digeribles, y navegar por el libro de una manera directa.

Entonces, cuando se trata de escribir este libro, me he asegurado de que sea lo más optimizado y específico posible. El propósito de este libro es ayudar a las personas a comprender mejor y aumentar su conocimiento sobre el Reactor de sales fundidas. Estoy tratando de responder a las preguntas de la gente lo más cerca posible y mostrando mucho más.

Es una manera fantástica y hermosa de explorar preguntas y problemas que tienen las personas y responderlos directamente, y agregar perspicacia, validación y creatividad al contenido del libro, incluso lanzamientos y propuestas. El libro descubre áreas ricas, menos concurridas y, a veces, sorprendentes de demanda de investigación que de otro modo no alcanzaría. No hay duda de que, se espera que aumente el conocimiento de las mentes de los lectores potenciales, después de leer el libro utilizando este enfoque.

He aplicado un enfoque único para hacer que el contenido de este libro sea siempre fresco. Este enfoque depende de escuchar las mentes de las personas, mediante el uso de las herramientas de escucha de búsqueda. Este enfoque me ayudó a:

Conozca a los lectores exactamente donde están, para que pueda crear contenido relevante que toque la fibra sensible y genere una mayor comprensión del tema.

Mantén mi dedo firmemente en el pulso, para que pueda obtener actualizaciones cuando la gente hable sobre esta tecnología emergente de nuevas maneras y monitorear las tendencias a lo largo del tiempo.

Descubra tesoros ocultos de preguntas que necesitan respuestas sobre la tecnología emergente para descubrir ideas inesperadas y nichos ocultos que aumentan la relevancia del contenido y le dan una ventaja ganadora.

El bloque de construcción para escribir este libro incluye lo siguiente:

(1) He dejado de perder el tiempo en ideas viscerales y conjeturas sobre el contenido deseado por los lectores, llené el contenido del libro con lo que la gente necesita y dije adiós a las infinitas ideas de contenido basadas en especulaciones.

(2) He tomado decisiones sólidas, y he tomado menos riesgos, para obtener asientos de primera fila para lo que la gente quiere leer y quiere saber, en tiempo real, y usar los datos de búsqueda para tomar decisiones audaces, sobre qué temas incluir y qué temas excluir.

(3) He simplificado mi producción de contenido para identificar ideas de contenido sin tener que examinar manualmente las opiniones individuales para ahorrar días e incluso semanas de tiempo.

Es maravilloso ayudar a las personas a aumentar su conocimiento de una manera directa simplemente respondiendo a sus preguntas.

Creo que el enfoque de escribir este libro es único, ya que recopila y rastrea las preguntas importantes que hacen los lectores en los motores de búsqueda.

Reconocimientos

Escribir un libro es más difícil de lo que pensaba y más gratificante de lo que podría haber imaginado. Nada de esto hubiera sido posible sin el trabajo realizado por prestigiosos investigadores, y me gustaría reconocer sus esfuerzos para aumentar el conocimiento del público sobre esta tecnología emergente.

Dedicación

Para los iluminados, los que ven las cosas de manera diferente y quieren que el mundo sea mejor, no les gusta el status quo o el estado existente. Puedes estar demasiado en desacuerdo con ellos, y puedes discutir con ellos aún más, pero no puedes ignorarlos, y no puedes subestimarlos, porque siempre cambian las cosas ... Empujan a la raza humana hacia adelante, y mientras algunos pueden verlos como locos o aficionados, otros ven genios e innovadores, porque los que están lo suficientemente iluminados como para pensar que pueden cambiar el mundo, son los que lo hacen, y llevan a la gente a la iluminación.

Epígrafe

Un tipo de reactor de fisión nuclear conocido como reactor de sales fundidas, o MSR para abreviar, es aquel en el que el refrigerante principal del reactor nuclear y / o el combustible es una mezcla de sal fundida. Solo ha habido dos MSR en funcionamiento, y ambos eran reactores de investigación en los Estados Unidos. El experimento del reactor de sales fundidas de la década de 1960 tenía como objetivo probar el concepto de una planta de energía nuclear que implementa un ciclo de combustible de torio en un reactor reproductor, mientras que el experimento del reactor aeronáutico de la década de 1950 fue motivado principalmente por el tamaño compacto que ofrece la técnica. El Experimento del Reactor de Aeronave se llevó a cabo en la década de 1950. El aumento de la investigación sobre los diseños de reactores de Generación IV comenzó a revitalizar el interés en la tecnología, y a partir de septiembre de 2021, China estaba a punto de comenzar su TMSR-LF1 torio MSR. Este interés fue despertado por el hecho de que numerosos países tenían proyectos que utilizaban la tecnología.

Tabla de contenidos

Derechos de autor

Sobresueldo

Prefacio

Introducción

Reconocimientos

Dedicación

Epígrafe

Tabla de contenidos

Capítulo 6: Reactor de sales fundidas

Capítulo 2: Reactor nuclear

Capítulo 3: Reactor reproductor

Capítulo 4: Reactor reproductor

Capítulo 5: Reactor de neutrones rápidos

Capítulo 6: Seguridad nuclear pasiva

Capítulo 7: Combustible nuclear

Capítulo 7: Combustible nuclear

Capítulo 9: Reactor de cuarta generación

Capítulo 9: Reactor de agua supercrítica

Capítulo 11: Reactor rápido refrigerado por plomo

Capítulo 12: Alvin M. Weinberg

Capítulo 13: Experimento del reactor de sales fundidas

Capítulo 14: Reactor de torio con fluoruro líquido

Capítulo 15: Reactor de sal fundida de Fuji

Capítulo 16: Lista de diseños de reactores modulares pequeños

Capítulo 17: Reactor integral de sales fundidas

Capítulo 18: Energía nuclear basada en torio

Capítulo 19: Reactor integral de sales fundidas

Capítulo 20: Energía transatómica

Capítulo 21: Reactor salino estable

Epílogo

Sobre el autor

Próximamente

Apéndices: Tecnologías emergentes en cada industria

Capítulo 6: Reactor de sales fundidas

Un tipo de reactor de fisión nuclear conocido como reactor de sales fundidas, o MSR para abreviar, es aquel en el que el refrigerante principal del reactor nuclear y / o el combustible es una mezcla de sal fundida. Solo ha habido dos MSR en funcionamiento, y ambos eran reactores de investigación en los Estados Unidos. El experimento del reactor de sales fundidas de la década de 1960 tenía como objetivo probar el concepto de una planta de energía nuclear que implementa un ciclo de combustible de torio en un reactor reproductor, mientras que el experimento del reactor aeronáutico de la década de 1950 fue motivado principalmente por el tamaño compacto que ofrece la técnica. El Experimento del Reactor de Aeronave se llevó a cabo en la década de 1950. El aumento de la investigación sobre los diseños de reactores de Generación IV comenzó a revitalizar el interés en la tecnología, con varios países que tienen proyectos, y a partir de septiembre de 2021, China está a punto de comenzar su reactor MSR de torio TMSR-LF1. [Cita requerida].

Se cree que los MSR son más seguros que los reactores convencionales debido al hecho de que operan con combustible que ya está en estado fundido. Además, en caso de emergencia, la mezcla de combustible está diseñada para drenar desde el núcleo y hacia un recipiente de contención, donde se solidificará en los tanques de drenaje de combustible. Esto elimina la posibilidad de que los reactores tradicionales (de combustible sólido) experimenten una fusión nuclear incontrolada, así como las explosiones de hidrógeno relacionadas, como se vio durante la tragedia nuclear en Fukushima. En lugar de elevar la presión dentro de los tubos de combustible durante la vida útil del combustible, como se hace en los reactores tradicionales de combustible sólido, este tipo de reactor mantiene una presión constante en todo momento. Los MSR también tienen la capacidad de reabastecerse de combustible mientras funcionan, lo que es efectivamente lo mismo que el reprocesamiento nuclear en línea. Los reactores convencionales, por otro lado, tienen que ser apagados para ser reabastecidos de combustible (los reactores de agua pesada como el CANDU o los PHWR de clase Atucha son una excepción notable).

Otra característica clave de los MSR son las temperaturas de funcionamiento de alrededor de 700 ° C (1,292 ° F), significativamente más altas que los LWR tradicionales a alrededor de 300 ° C (572 ° F), que ofrecen un mayor nivel de eficiencia en la producción de electricidad, el potencial de las instalaciones que almacenan energía para la red, la producción económica de hidrógeno y, en algunos casos, opciones para reducir el calor del proceso.

La corrosividad de las sales calientes y la composición química cambiante de la sal a medida que es transmutada por el flujo de neutrones en el núcleo del reactor son dificultades relevantes que deben abordarse durante todo el proceso de diseño.

Los MSR proporcionan una multitud de beneficios que son incomparables a los proporcionados por los reactores de energía nuclear convencionales; Pero, por razones históricas, no se han implementado.

En comparación con los reactores convencionales, los MSR, particularmente aquellos en los que el combustible se disuelve en la sal, tienen una serie de características distintivas. La presión dentro del núcleo de un reactor podría ser bastante baja, pero la temperatura podría ser bastante alta. En este sentido, un MSR es más análogo a un reactor refrigerado por agua ligera que utiliza metal líquido para el enfriamiento que a un reactor de agua ligera normal. En contraste con el combustible de un solo paso que se utiliza en la mayoría de las centrales nucleares de los Estados Unidos en la actualidad, los MSR a menudo se conciben como reactores de cría equipados con ciclos de combustible cerrados.

Con el fin de limitar las excursiones de reactividad, los conceptos de seguridad dependen de un coeficiente de reactividad de temperatura que es negativo y de un aumento significativo probable de la temperatura. Es posible instalar un segundo contenedor que se enfría pasivamente debajo del reactor como una técnica alternativa para apagar el reactor. En el caso de que haya un mal funcionamiento, así como para fines de mantenimiento de rutina, el combustible se drena del reactor. La reacción nuclear en cadena se detiene, y esto también funciona como un mecanismo de enfriamiento secundario. Para algunos diseños experimentales subcríticos muy seguros, se han sugerido aceleradores productores de neutrones como una solución.

Los MSR tienen numerosos beneficios potenciales sobre los reactores de agua ligera que ya están en uso:

La eliminación del calor del proceso de desintegración se logra pasivamente en los MSR, al igual que en todos los diseños de reactores de baja presión. Debido a que el combustible y el refrigerante son el mismo fluido en ciertos diseños, la eliminación del refrigerante también elimina el combustible del reactor. Esto es análogo a cómo la eliminación del moderador en un LWR también elimina el refrigerante en ese diseño. A diferencia del vapor, las sales de fluoruro tienen dificultades para disolverse en agua y no producen hidrógeno que pueda quemarse. Las sales fundidas, en contraste con el acero y el óxido de uranio sólido, no se ven perjudicadas por el bombardeo de neutrones que se produce en el núcleo del reactor; Sin embargo, la vasija del reactor todavía lo es.

Debido a que un MSR de baja presión no tiene el vapor radiactivo de alta presión que tiene un BWR, no experimenta fugas de vapor radiactivo y agua de refrigeración y no requiere la costosa contención, recipiente de núcleo de acero, tuberías y equipo de seguridad que se requiere para contener vapor radiactivo. La gran mayoría de los diseños MSR, por otro lado, prevén que los productos de fisión radiactiva que transportan fluidos estén en contacto directo con bombas e intercambiadores de calor.

Debido a que los MSR pueden funcionar con neutrones lentos, existe la posibilidad de que hagan que los ciclos cerrados de combustible nuclear sean más rentables. Cualquier reactor que complete el ciclo del combustible nuclear y, por lo tanto, disminuya las consecuencias ambientales, siempre que el plan se lleve a cabo en su totalidad, incluye: A través de un proceso de separación química, los actínidos de larga vida se convierten de nuevo en combustible para reactores. La mayoría de los desechos que se liberan son productos de fisión, a menudo conocidos como cenizas nucleares, que tienen vidas medias más cortas. Debido a esto, la cantidad de tiempo requerido para la contención geológica se reduce de las decenas de miles de años requeridos por el combustible nuclear gastado de un reactor de agua ligera a solo 300 años. Además, permite el uso de combustibles nucleares alternativos como el torio.

El piroprocesamiento podría usarse en la fase líquida del combustible para extraer productos de fisión, también conocidos como cenizas nucleares, de combustibles actínidos. Esto puede ofrecer beneficios sobre el método más tradicional de reprocesamiento, a pesar del hecho de que todavía se requiere un desarrollo significativo.

La fabricación de barras de combustible no es necesaria (reemplazada por síntesis de sales combustible).

Algunos diseños son compatibles con el espectro de neutrones rápidos, que puede quemar materiales transuránicos problemáticos de reactores nucleares estándar de agua ligera, como Pu240, Pu241 y superiores (plutonio de grado reactor).

En menos de un minuto, un MSR puede responder a los cambios en la carga (a diferencia de las centrales nucleares de combustible sólido tradicionales que sufren de envenenamiento por xenón).

Los reactores de sales fundidas pueden operar a altas temperaturas, lo que resulta en un mayor nivel de eficiencia térmica. Esto resulta en una reducción en el tamaño, los costos y los efectos en el medio ambiente.

Los MSR tienen el potencial de proporcionar una alta potencia específica, que se refiere a una alta potencia a una masa baja, como lo muestra ARE.

Debido a su potencial para una economía de neutrones favorable, el MSR es una opción atractiva para el ciclo de combustible de torio deficiente en neutrones.

Comparativamente poco progreso en comparación con la mayoría de los diseños Gen IV

En los sistemas que utilizan sal de combustible circulante, los radionucleidos que se disuelven en el combustible entran en contacto con piezas importantes de equipos, como bombas e intercambiadores de calor, que probablemente necesitarían mantenimiento para realizarse de forma remota y podrían ser costosos.

Para ciertos MSR, se requiere un procesamiento químico in situ para controlar la mezcla de núcleos y eliminar los productos de fisión.

Modificaciones requeridas a las regulaciones para acomodar aspectos significativamente diferentes del diseño

Las aleaciones a base de níquel se utilizan en la construcción de ciertos diseños MSR para contener la sal fundida.

Las aleaciones basadas en níquel y hierro son propensas a la fragilización bajo un alto flujo de neutrones. : 83

Riesgo de corrosión.

Las sales fundidas necesitan un monitoreo vigilante de su estado redox para mitigar el peligro de corrosión.

Esto presenta un conjunto único de desafíos para los sistemas que utilizan sal combustible circulante, en los que una mezcla complicada de isótopos fisionables y fértiles, junto con sus respectivos productos de fisión, transmutación y desintegración, se bombea a través del reactor.

Los diseños que utilizan sal de combustible estática utilizan la modularización del problema. La sal de combustible se almacena dentro de los pines de combustible, que se reemplazan regularmente, principalmente debido al daño por irradiación de neutrones, es un componente fundamental del concepto operativo; mientras que la composición química de la sal refrigerante es más sencilla y, bajo un control de estado redox adecuado, no pone los pines de combustible o el recipiente del reactor en peligro de corrosión de ninguna manera.

(En referencia al control de los estados redox), Consulte las descripciones proporcionadas para el combustible y las sales refrigerantes utilizadas en el reactor de sal estable.

Los MSR que se crearon en ORNL en la década de 1960 solo podían usarse de manera libre de riesgos durante un período de tiempo limitado y operaban a solo unos 650 ° C.

Los riesgos potenciales de corrosión incluyen la disolución de cromo por sales líquidas de fluoruro torio a >700 °C, amenazando así los componentes de acero inoxidable.

Otros agentes de aleación típicos, como el cobalto y el níquel, son susceptibles a la transformación por radiación de neutrones, acortando la vida útil.

En el caso de que las sales de litio (tales como.

FLiBe), es ventajoso, si es costoso, hacer uso de 7Li para reducir la producción de tritio (el tritio tiene la capacidad de filtrarse en los aceros inoxidables), causar fragilidad y huir hacia los alrededores circundantes).

Hastelloy N fue creado por ORNL con el fin de ayudar a abordar estos desafíos, además, se está trabajando para obtener tipos adicionales de acero estructural aprobados para su uso en reactores (316H), 800H, inco 617).

Algunos diseños de MSR podrían modificarse para crear un reactor reproductor que sea capaz de generar material nuclear que sea adecuado para su uso en armas.

Tanto el MSRE como los reactores nucleares de los aviones empleaban niveles de enriquecimiento tan altos que se acercaban peligrosamente a los utilizados en las bombas nucleares. Estos niveles violarían la ley bajo la gran mayoría de los sistemas regulatorios contemporáneos que existen para las instalaciones de energía. La gran mayoría de los diseños contemporáneos eluden este problema.

La vida útil del núcleo de un MSR que utiliza neutrones térmicos moderados puede acortarse como resultado del daño de neutrones a los materiales moderadores sólidos. Por ejemplo, el MSRE se construyó con tolerancias extremadamente flexibles para sus barras moderadoras de grafito, de modo que el daño de neutrones puede variar su tamaño sin causar ningún daño a las barras moderadoras. Debido a que el grafito cambia de tamaño cuando se bombardea con neutrones, no es posible emplear tuberías de grafito en diseños MSR de dos fluidos. Las tuberías de grafito se partirían y gotearían si se usaran en estos diseños. Debido a la necesidad de evitar la moderación, un MSR que utiliza neutrones rápidos no puede emplear grafito de todos modos.

Los MSR térmicos tienen un tiempo de duplicación más lento que los reproductores de neutrones rápidos, a pesar de que sus proporciones de reproducción son más bajas.

Las sales fundidas son uno de los muchos métodos que se pueden utilizar para el enfriamiento de MSR.

Los reactores de combustible sólido refrigerados por sales fundidas tienen algunos nombres diferentes, incluyendo sistema de reactor de sales fundidas en la propuesta de Generación IV, reactores convertidores de sales fundidas (MSCR), reactores avanzados de alta temperatura (AHTR) y reactores de alta temperatura de fluoruro. Todos estos nombres se refieren al mismo tipo de reactor (FHR, designación DOE preferida).

Los FHR no pueden simplemente reprocesar el combustible y tienen barras de combustible que deben producirse y certificarse. Este proceso puede tomar hasta veinte años desde el momento en que el concepto se concibe por primera vez. El FHR mantiene la seguridad y los beneficios económicos de un refrigerante de baja presión y alta temperatura, que son características que también comparten los reactores refrigerados por metal líquido. En particular, no hay producción de vapor en el núcleo, como lo hay en los BWR, por lo que no hay necesidad de un recipiente a presión de acero masivo y de alto precio (como se requiere para los PWR). Debido a que puede funcionar a altas temperaturas, se puede utilizar una turbina de gas de ciclo Brayton que es eficiente y liviana para el proceso de convertir el calor en energía.

Una parte significativa de la investigación que se está realizando sobre los FHR en este momento se centra en el desarrollo de intercambiadores de calor pequeños y compactos que puedan reducir los volúmenes de sales fundidas y los gastos relacionados con esas cantidades.

El potencial corrosivo de las sales fundidas puede ser bastante significativo, y este potencial crece a medida que aumenta la temperatura.

En cuanto al circuito de refrigeración principal, es esencial contar con un material que sea resistente a la corrosión incluso cuando se somete a altas temperaturas y fuertes radiaciones.

Los experimentos muestran que Hastelloy-N y aleaciones similares son adecuadas para estas tareas a temperaturas de funcionamiento de hasta aproximadamente 700 ° C.

Sin embargo, hay una falta de experiencia operativa.

Es deseable temperaturas de funcionamiento aún más altas: a 850 ° C se hace posible la producción termoquímica de hidrógeno.

No se han realizado pruebas para validar materiales para este rango de temperatura, a pesar del hecho de que los compuestos de carbono, las aleaciones de molibdeno (por ejemplo,

TZM), carburos, así como la posibilidad de utilizar aleaciones de SAO o materiales basados en metales refractarios.

Un investigador privado ha propuesto que una solución puede ser emplear las nuevas aleaciones de beta-titanio Au, ya que esto no solo permitiría operar a temperaturas muy altas, sino que también aumentaría el margen de seguridad.

Las mezclas de sal han sido seleccionadas para hacer que el reactor sea más funcional y seguro.

El flúor tiene un solo isótopo estable (¹⁹F), y bajo la influencia del bombardeo de neutrones no se vuelve radiactivo fácilmente.

En contraste con el cloro y los otros haluros, el flúor también tiene una tasa de absorción de neutrones más baja y modera (ralentiza) los neutrones de manera más efectiva.

Las altas temperaturas hacen que los fluoruros con baja valencia hiervan, a pesar del hecho de que varios pentafluoruros y hexafluoruros hierven a temperaturas muy moderadas.

Antes de que puedan reducirse a sus componentes, deben calentarse a temperaturas extremadamente altas.

Cuando se mantienen sustancialmente por debajo de sus respectivas temperaturas de ebullición, se dice que las sales fundidas de este tipo son químicamente estables.

Las sales de fluoruro tienen una baja solubilidad en agua y no crean hidrógeno quemable.

El cloro tiene dos isótopos estables (35 Cl  y ³⁷ Cl), así como un isótopo de descomposición lenta entre ellos que facilita la absorción de neutrones por ³⁵ Cl.

La presencia de cloruros permite construir reactores reproductores rápidos.

Ha habido una reducción significativa en la cantidad de investigación realizada sobre diseños de reactores utilizando sales de cloruro.

El cloro, a diferencia del flúor, debe pasar por el proceso de purificación para separar el isótopo estable más pesado, ³⁷ Cl, reduciendo así la producción de tetracloruro de azufre que se produce cuando ³⁵ Cl absorbe un neutrón para convertirse en 36 Cl, luego se degrada por desintegración beta a ³⁶S.

El litio debe estar en forma de ⁷ Li purificados, porque ⁶Li capturan efectivamente neutrones y producen tritio.

Incluso si se usa 7 Li puros, la creación de cantidades sustanciales de tritio es provocada por sales que contienen litio, análogas a las centrales nucleares que utilizan agua pesada.

Para reducir sus puntos de fusión, las sales del reactor se encuentran a menudo en mezclas que están cerca de la eutéctica. Debido a su bajo punto de fusión, la sal se puede derretir más fácilmente en el arranque, y hay menos posibilidades de que la sal se congele cuando se enfría en el intercambiador de calor.

Debido a que las sales de fluoruro fundido tienen una ventana redox relativamente grande, el potencial redox del sistema de sal fundida es susceptible de modificación. Con la adición de berilio, el compuesto conocido como flúor-litio-berilio (o FLiBe) se puede utilizar para reducir el potencial redox y casi eliminar la corrosión. Sin embargo, debido al hecho de que el berilio es un elemento muy venenoso, será necesario incluir medidas de seguridad adicionales en el diseño para evitar que se libere al medio ambiente. Una amplia variedad de sales diferentes también tienen el potencial de inducir corrosión en las tuberías, particularmente si el reactor está lo suficientemente caliente como para producir hidrógeno altamente reactivo.

Hasta la fecha, la mayoría de los estudios se han centrado en FLiBe, principalmente debido al hecho de que el litio y el berilio son moderadores relativamente buenos y se combinan para generar una combinación de sales eutécticas con un punto de fusión más bajo que cada una de las sales componentes.

Además, la duplicación de neutrones puede ocurrir en el berilio, aumentando la eficiencia de la economía de neutrones.

Después de tomar un neutrón, el núcleo de berilio participará en este proceso, lo que resultará en la liberación de dos neutrones.

Debido a la gasolina que contiene sales, generalmente  se agrega 1% o 2% (por mol) de UF4.

Los fluoruros de torio y plutonio también se utilizaron en un momento.

ORNL fue el primer lugar en el mundo en descubrir métodos para preparar y trabajar con sales fundidas. La eliminación de óxidos, azufre y contaminantes metálicos es el objetivo del proceso de purificación utilizado en la sal. La presencia de óxidos puede conducir a la deposición de partículas sólidas durante el funcionamiento del reactor. A la temperatura de funcionamiento, el asalto corrosivo del azufre a las aleaciones a base de níquel requiere su eliminación para que el proceso pueda continuar. Con el propósito de controlar la corrosión, los metales estructurales como el cromo, el níquel y el hierro deben eliminarse.

Se especificó una etapa de purificación de reducción del contenido de agua utilizando HF y gas de barrido de helio para funcionar a 400 ° C.

La contaminación por óxido y azufre en las mezclas de sales se eliminó mediante el rociado de gases de la mezcla HF –H2 , con la sal calentada a 600 °C.

Un beneficio que puede venir con el uso de un MSR es el potencial del procesamiento en línea.

El procesamiento continuo daría como resultado una menor reserva de productos de fisión, Al eliminar los productos de fisión que tienen una gran sección transversal de absorción de neutrones, se puede controlar la corrosión y se puede mejorar la economía de neutrones, especialmente el xenón.

Debido a esto, el MSR es una excelente opción para su uso en el ciclo de combustible de torio pobre en neutrones.

El procesamiento de combustible en línea puede introducir riesgos de accidentes de procesamiento de combustible,15 que pueden desencadenar la liberación de isótopos de radio.

En algunas circunstancias relacionadas con la cría de torio, el producto intermedio protactinio 233 Pa se eliminaría del reactor y se le permitiría descomponerse en ²³³U altamente puro, un componente atractivo para su uso en la fabricación de bombas.

Los diseños que están más actualizados sugieren usar uno con un poder específico más bajo o una segunda manta de cría de torio.

Esto resulta en una dilución del protactinio a tal grado que solo una pequeña fracción de los átomos de protactinio son capaces de absorber un segundo neutrón o protón, a través de una reacción química (n, 2n) (en la que un neutrón incidente no se absorbe, sino que saca a un neutrón del núcleo), generar ²³²U.

Debido a que el ²³²U tiene una vida media corta y su cadena de desintegración contiene emisores gamma duros, reduce la conveniencia de la composición isotópica del uranio para su uso en la producción de bombas.

Esta ganancia vendría con el aumento del gasto de un inventario fisible más grande o un diseño de dos fluidos con una cantidad significativa de sal de manta. Sin embargo, sería posible lograr este beneficio.

Aunque se ha demostrado la tecnología esencial para reciclar la sal combustible, solo se ha hecho a escala de laboratorio. La realización de actividades de investigación y desarrollo para construir un sistema