Moltin Salt Reactors (MSRs) sono sempre più riconosciuti come una delle tecnologie nucleari più promettenti, offrendo un approccio fondamentalmente diverso all'energia di fissione. Utilizzando combustibile liquido invece di solidi gruppi di combustibile, MSRs può operare a temperature più elevate, pressioni inferiori e con la continua elaborazione del combustibile—caratteristiche che migliorano collettivamente la sicurezza, l'efficienza e la gestione dei rifiuti.

Cosa sono i reattori di sale Molten?

Il reattore di sale di MSRE è un tipo di reattore di fissione nucleare, dove il refrigerante primario, e spesso il combustibile stesso, è una miscela di fluoro fuso o sali cloruro.

Ci sono due famiglie principali di MSR: il design a grafite-sprum termico-moderato (come il MSRE e molti concetti attuali) e il design a spettro rapido utilizzando il moderatore del norium. Entrambe le varianti condividono il concetto di base di usare il sale liquido come vettore di combustibile e refrigerante. Il sale di combustibile è tipicamente una miscela eutettica di litio, berillio fluoro e zirconio distrui di 0°, con

Come funzionano i reattori di sale Molten

In un tipico sistema di riscaldamento MSR, il combustibile del combustibile del combustibile si scorre attraverso i canali in un nucleo di moderatore di grafite, dove si verifica la fissione. La grafite rallenta i neutroni alle energie termiche, sostiene la reazione della catena. Il sale riscaldato (tipicamente intorno ai 650–700°C) esce dal nucleo fertile e trasferisce il suo calore ad un ciclo di sale secondario attraverso uno scambiatore di calore.

Il ciclo primario opera a pressione quasi atmosferica perché il punto di ebollizione alto del sale impedisce di bollire anche ad alte temperature. Una spina di congelamento—una sezione di sale che viene tenuta solida dal raffreddamento— agisce come un dispositivo di sicurezza passivo: se il reattore perde la potenza, la spina si scioglie e il sale si svuota in serbatoi di scarico subcritici, spegnendo automaticamente la reazione.

Vantaggi chiave dei reattori di sale Molten

Sicurezza avanzata

Il vantaggio più citato di MSR è la loro sicurezza intrinseca. Il sale del combustibile del fluoro fuso ha un forte coefficiente di temperatura negativo di reattività: come il sale diventa più caldo, la sua densità diminuisce, che riduce il numero di fissioni e abbassa naturalmente la potenza del reattore. La mancanza di alta pressione elimina la possibilità di un rilascio di grande scala causato da un incidente a pressione-driven.

Efficienza elevata e temperature più elevate

MSRs opera a temperature comprese tra i 600°C e gli 800°C, rispetto a circa 300°C per i LWR. Questa temperatura più elevata migliora l'efficienza termodinamica del ciclo di potenza, consentendo a MSR di raggiungere le efficienze termiche del 40-50% rispetto al 33-37% per i LWR. Il calore ad alta efficienza consente anche applicazioni di cogenerazione come la produzione di idrogeno (tramitemperatura elettrolisi o cicli termochimici).

Riduzione dei rifiuti nucleari a lungo raggio

Gli MSR hanno il potenziale di ridurre drasticamente il volume e la tossicità dei rifiuti di alto livello. Poiché i prodotti di fissione possono essere rimossi continuamente, il reattore può "bruciare" una percentuale molto più alta del suo combustibile, oltre il 95% in alcuni disegni di fissione veloci, comparati a circa il 35% in LWRini. Ciò significa meno materiale di scarto negli ultimi anni, e ciò che rimane è principalmente prodotti di fissione di breve durata che si decadono a livelli sicuri in centinaia di ciclo.

Flessibilità e sostenibilità del combustibile

Gli MSR non sono limitati al combustibile dell'uranio, possono funzionare sul plutonio di livello delle armi, riciclato LWR ha speso il combustibile, o il torio, che è significativamente più abbondante dell'uranio. Il toro è tre a quattro volte più abbondante nella crosta terrestre che nell'uranio e si trova in paesi come India, Australia, Brasile e Stati Uniti.

Resistenza alla proliferazione

Rispetto ai cicli di combustibile tradizionali, gli MSR presentano alcune caratteristiche di resistenza alla proliferazione. L'elaborazione del combustibile online comporta la gestione del sale liquido, che è più difficile da deviare in un programma di armi rispetto ai solidi gruppi di combustibile. L'uranio-233 prodotto in un ciclo di torio è contaminato con uranio-232, un forte emettitore gamma che rende la gestione e la lavorazione estremamente pericolosa, aumentando così la difficoltà di armamento.

Ciclo di combustibile di torio in MSRs

Il ciclo di combustibile del torio di MSR è particolarmente adatto a MSR perché il combustibile liquido permette la rimozione continua del protactinium-233, che si decadi al uranio-233 con una emivita di 27 giorni. In un reattore a combustibile solido, il protactinium-233 rimarrà nel combustibile e può catturare un neutrone, producendo protactinium-234, che si decande al reattore di U-234.

Mentre i primi esperimenti come il MSRE utilizzato uranio-235, l'attuale focus in Cina, India e diverse aziende private è sul ciclo del torio-233. Il progetto TMSR-LFrium (Liquid Fuel) a Shanghai sta sviluppando un 10 MW termometro MSR, con un reattore di prova previsto entro il 2030. L'India, con le sue riserve di torio sostanziali, ha un piano a lungo termine per lo sviluppo di energia nucleare a tre stadi culminare in RM

Sviluppo attuale e progetti chiave

Lo sviluppo di MSR è ora uno sforzo globale. L'International Atomic Energy Agency (IAEA) traccia oltre 100 progetti correlati a MSR in tutto il mondo, dai primi studi di concept agli impianti di dimostrazione commerciale.

  • Cina:] L'Accademia cinese delle scienze (CAS) gestisce il programma TMSR, concentrandosi sia sui progetti a liquido-fuel (TMSR-LF) che a combustibile solido (TMSR-SF).
  • Stati Uniti: Diverse aziende hanno programmi significativi. Kairos Power] sta sviluppando un reattore ad alta temperatura raffreddato a fluoro (KP-FHR), che utilizza il combustibile solido di ciottoli ma il liquido di sale liquido di raffreddamento.
  • Canada:[] L’IMSR di Terrestrial Energy è il concetto più avanzato di MSR in Canada, e il CNSC ha completato la fase 1 della revisione del design del fornitore. Moltex Energy sta anche perseguendo licenze in New Brunswick. Il governo del Canada supporta attivamente lo sviluppo SMR, tra cui MSRs.
  • Danimarca:[ ]Seaborg Technologies] sta progettando un reattore di sale fuso compatto (CMSR) basato su unità galleggianti a stelo. Il loro design utilizza un trattamento chimico idrossido di sodio per la cattura del tritium Copenhagen Atomics[FFFFFFFFFFlow]
  • Regno Unito:[ Moltex Energy ha sviluppato il concetto SSR; il programma R&D del governo britannico Advanced Modular Reactor (AMR) include il supporto MSR. Moltex ha anche una filiale canadese.
  • Giappone, Russia e Francia:[ Il progetto FUJI MSR del Giappone rimane una collaborazione di ricerca. La Russia ha un reattore di ricerca di sale fuso (ZhRC) e sta indagando su MSR per bruciare il plutonio.

Ulteriori informazioni possono essere trovate sulla pagina MSR dell'Associazione Mondiale Nucleare[, la ] Panoramica MSR di IAEA[, e siti specifici per il progetto come Energia Terrestre].

Sfide che affrontano il dispiegamento di MSR

Materiali Corrosione

Hastelloy N, una superlezione a base di nichel sviluppata in ORNL per la MSRE, ha dimostrato una adeguata resistenza alla corrosione per i sali di fluoro fino a 700°C, ma per i disegni di silicio più veloci che utilizzano sali cloruri, il degrado dei materiali rimane un'area di ricerca significativa.

Chimica del sale e gestione dei prodotti di Fission

I sistemi di trattamento dei rifiuti devono filtrare i prodotti di fissione solidi e gestire la produzione di tritium.

Sfide regolamentari

Il sistema di controllo della sicurezza è stato autorizzato da un sistema di controllo commerciale. I regolatori (come il NRC negli Stati Uniti, il CNSC in Canada e l'ONR nel Regno Unito) hanno decenni di esperienza con i LWR, ma hanno poca familiarità con i reattori a combustibile liquido.

Economia e fattibilità commerciale

I costi di prima generazione (FOAK) sono tipicamente elevati a causa di materiali specializzati, nuove catene di approvvigionamento e licenze di lunga durata. Il costo livellato di energia (LCOE) da un MSR è sconosciuto e dipenderà dal raggiungimento di economie di produzione, in particolare per i piccoli progetti modulari. Tuttavia, i sostenitori sostengono che MSR possono essere più economici di LWRs a lungo termine.

Disponibilità e Supply Chain del carburante

Per l'uranio a basso contenuto di acidi grassi (HALEU) o il combustibile del torio, le catene di approvvigionamento esistenti sono limitate. Il torio non è attualmente estratto come prodotto primario; è un sottoprodotto di estrazione di terre rare. Tuttavia, il torio è abbondante e potrebbe essere elaborato per l'uso di MSR una volta che la domanda giustifica l'investimento. Il sale combustibile stesso deve essere prodotto a specifiche strette, che richiedono nuove strutture per la sintesi del sale, il trasporto e il trasporto online di purificazione e il trasporto.

Prospettive e Integrazione Futuro con Energia Pulita

MSRali non dovrebbe sostituire i LWR esistenti durante la notte, ma potrebbero completarli nei prossimi decenni. La loro capacità di operare ad alte temperature li rende partner ideali per la decarbonizzazione industriale, soprattutto nei settori che richiedono calore di processo superiore a 500 °C, come la produzione di ammoniaca, la raffinazione petrolchimica e la produzione di acciaio. Lo stesso calore può anche essere utilizzato per produzione di idrogeno verde

Diversi roadmap nazionali proiettano le prime dimostrazioni commerciali di MSR a fine 2020 fino agli inizi del 2030. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha finanziato il progetto MCFR mirante a una dimostrazione intorno al 2030. In Cina, il programma TMSR mira a un reattore di 10 MWe entro il 2030 e a un impianto commerciale di 100 MWe entro il 2035.

L'integrazione di MSR con reti energetiche rinnovabili è promettente: poiché i MSR possono dilagare o ridurre in modo più flessibile rispetto ai tradizionali grandi LWR (anche se non così veloce come le turbine a gas), possono fornire capacità di carico-sfollowing. Alcuni progetti di reattore, come il reattore rapido cloruro fuso, sono particolarmente amenable da caricare a causa dell'alta capacità di calore del sale e della capacità di regolare la concentrazione del combustibile.

Nel lungo periodo, il torio MSRs potrebbe fornire secoli di energia pulita con scarti minimi, rendendoli una parte importante di un mix energetico sostenibile. La sfida è quella di passare da esperimenti di successo a un'industria robusta, economicamente competitiva. Con un crescente interesse globale e un sostanziale investimento privato e pubblico, il prossimo decennio sarà decisivo per la tecnologia MSR, che tenta di dimostrare la sua performance in scala.

Conclusioni

La maggior parte dei reattori di sale rappresenta un cambiamento fondamentale nel progetto dei reattori nucleari, con il potenziale di superare molte delle limitazioni di sicurezza, rifiuti e economiche dei reattori tradizionali di acqua leggera. Le loro caratteristiche intrinseche di sicurezza, efficienza del combustibile, alte temperature di funzionamento e capacità di riduzione dei rifiuti li posizionano come una tecnologia trasformativa per la produzione di energia pulita e applicazioni di calore industriale.