Reaktor Der Vierten Generation: Überwindung der Mängel der derzeitigen Kernkraftwerke

Von Fouad Sabry

Was ist ein Generation-IV-Reaktor

Das Generation IV International Forum forscht zur kommerziellen Realisierbarkeit einer Reihe verschiedener Kernreaktorkonstruktionen, die unter den Oberbegriff "Generation IV-Reaktoren." Sie werden von vielen verschiedenen Zwecken angetrieben, von denen einige erhöhte Sicherheit, verbesserte Nachhaltigkeit, gesteigerte Effizienz und reduzierte Kosten beinhalten.

Ihre Vorteile

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Reaktor der vierten Generation

Kapitel 2: Kernreaktor

Kapitel 3 : Brutreaktor

Kapitel 4: Schneller Neutronenreaktor

Kapitel 5: Integraler Schnellreaktor

Kapitel 6: Salzschmelzereaktor

Kapitel 7: Kernbrennstoff

Kapitel 8: Reaktor mit überkritischem Wasser

Kapitel 9: Hochtemperatur-Gasreaktor

Kapitel 10: Bleigekühlter schneller Reaktor

Kapitel 11: Natriumgekühlter Schnellreaktor

Kapitel 12: Thorium-Brennstoffkreislauf

Kapitel 13: Liquid me talgekühlter Reaktor

Kapitel 14: Online-Betankung

Kapitel 15: Flüssigfluorid-Thorium-Reaktor

Kapitel 16: Wanderwellenreaktor

Kapitel 17: Liste kleiner modularer Reaktordesigns

Kapitel 18: TerraPower

Kapitel 19: BN-1200-Reaktor

Kapitel 20: Integraler Salzschmelzereaktor

Kapitel 21: BREST (Reaktor)

(II) Beantwortung der öffentlichen Top-Fragen zum Reaktor der Generation IV.

(III) Beispiele aus der Praxis für die Nutzung von Generation IV Reaktor in vielen Bereichen.

(IV) 17 Anhänge zur kurzen Erläuterung von 266 neuen Technologien in jeder Branche, um ein umfassendes 360-Grad-Verständnis der Reaktortechnologien der Generation IV zu erhalten.

An wen richtet sich dieses Buch?

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Bastler und diejenigen, die über grundlegendes Wissen oder Informationen für jede Art von Reaktor der Generation IV hinausgehen möchten. p>

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 16. Okt. 2022

Buchvorschau

Urheberrecht

Generation IV Reaktor Copyright © 2022 von Fouad Sabry. Alle Rechte vorbehalten.

Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form oder mit elektronischen oder mechanischen Mitteln, einschließlich Informationsspeicher- und -abrufsystemen, ohne schriftliche Genehmigung des Autors reproduziert werden. Die einzige Ausnahme ist ein Rezensent, der kurze Auszüge in einer Rezension zitieren kann.

Cover entworfen von Fouad Sabry.

Dieses Buch ist ein Werk der Fiktion. Namen, Charaktere, Orte und Ereignisse sind entweder Produkte der Phantasie des Autors oder werden fiktiv verwendet. Jede Ähnlichkeit mit realen Personen, lebenden oder toten, Ereignissen oder Schauplätzen ist völlig zufällig.

Bonus

Sie können eine E-Mail an [e-mail] mit dem Betreff Reaktor der Generation IV: Überwindung der Mängel aktueller Kernkraftwerke senden, und Sie erhalten eine E-Mail mit den ersten Kapiteln dieses Buches.

Fouad Sabry

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Vorwort

Warum habe ich dieses Buch geschrieben?

Die Geschichte des Schreibens dieses Buches begann 1989, als ich Schüler der Secondary School of Advanced Students war.

Es ist bemerkenswert wie die STEM-Schulen (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik), die jetzt in vielen fortgeschrittenen Ländern verfügbar sind.

STEM ist ein Lehrplan, der auf der Idee basiert, Schüler in vier spezifischen Disziplinen - Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik - in einem interdisziplinären und angewandten Ansatz auszubilden. Dieser Begriff wird typischerweise verwendet, um eine Bildungspolitik oder eine Lehrplanwahl in Schulen anzusprechen. Es hat Auswirkungen auf die Entwicklung der Arbeitskräfte, nationale Sicherheitsbedenken und die Einwanderungspolitik.

Es gab eine wöchentliche Klasse in der Bibliothek, in der jeder Schüler jedes Buch frei wählen und 1 Stunde lang lesen kann. Ziel des Kurses ist es, die Schüler zu ermutigen, andere Fächer als den Lehrplan zu lesen.

In der Bibliothek, während ich mir die Bücher in den Regalen ansah, bemerkte ich riesige Bücher, insgesamt 5.000 Seiten in 5 Teilen. Der Buchname ist The Encyclopedia of Technology, der alles um uns herum beschreibt, vomabsoluten Nullpunkt bis zu Halbleitern, fast jede Technologie wurde damals mit bunten Illustrationen und einfachen Worten erklärt. Ich fing an, die Enzyklopädie zu lesen, und natürlich konnte ich sie nicht in der 1-stündigen wöchentlichen Klasse beenden.

Also überzeugte ich meinen Vater, die Enzyklopädie zu kaufen. Mein Vater kaufte am Anfang meines Lebens alle technischen Werkzeuge für mich, den ersten Computer und die erste Technologie-Enzyklopädie, und beide haben einen großen Einfluss auf mich und meine Karriere.

Ich habe die gesamte Enzyklopädie in den Sommerferien dieses Jahres fertiggestellt, und dann begann ich zu sehen, wie das Universum funktioniert und wie man dieses Wissen auf alltägliche Probleme anwendet.

Meine Leidenschaft für die Technologie begann vor mehr als 30 Jahren und immer noch geht die Reise weiter.

Dieses Buch ist Teil von The Encyclopedia of Emerging Technologies, was mein Versuch ist, den Lesern die gleiche erstaunliche Erfahrung zu geben, die ich in der High School hatte, aber anstelle von Technologien des 20. Jahrhunderts  interessiere ich mich mehr für die aufkommenden Technologien, Anwendungen und Branchenlösungen des 21. Jahrhunderts.

The Encyclopedia of Emerging Technologies wird aus 365 Büchern bestehen, jedes Buch wird sich auf eine einzelne aufkommende Technologie konzentrieren. Sie können die Liste der neuen Technologien und ihre Kategorisierung nach Branchen im Teil von Coming Soon am Ende des Buches lesen.

365 Bücher, um den Lesern die Möglichkeit zu geben, ihr Wissen über eine einzige aufstrebende Technologie jeden Tag im Laufe eines Jahres zu erweitern.

Einleitung

Wie habe ich dieses Buch geschrieben?

In jedem Buch von The Encyclopedia of Emerging Technologies versuche ich, sofortige, rohe Sucheinblicke direkt aus den Köpfen der Menschen zu erhalten und ihre Fragen über die aufkommende Technologie zu beantworten.

Es gibt jeden Tag 3 Milliarden Google-Suchanfragen, von denen 20% noch nie zuvor gesehen wurden. Sie sind wie ein direkter Draht zu den Gedanken der Menschen.

Manchmal ist das Wie entferne ich Papierstaus. In anderen Fällen sind es die schmerzhaften Ängste und geheimen Sehnsüchte, die sie immer nur mit Google teilen würden.

In meinem Bestreben, eine ungenutzte Goldgrube an Inhaltsideen über Generation IV Reactor zu entdecken, benutze ich viele Tools, um Autocomplete-Daten von Suchmaschinen wie Google zu hören, und kurbele dann schnell jede nützliche Phrase und Frage heraus, die die Leute um das Schlüsselwort Generation IV Reactor stellen.

Es ist eine Goldgrube an Menscheneinblicken, die ich nutzen kann, um frische, äußerst nützliche Inhalte, Produkte und Dienstleistungen zu erstellen. Die freundlichen Menschen, wie Sie, wollen es wirklich.

Personensuchen sind der wichtigste Datensatz, der jemals über die menschliche Psyche gesammelt wurde. Daher ist dieses Buch ein Live-Produkt und wird ständig mit immer mehr Antworten auf neue Fragen zum Thema Generation IV Reactor aktualisiert, die von Menschen wie Ihnen und mir gestellt werden, die sich über diese neue aufkommende Technologie wundern und mehr darüber erfahren möchten.

Der Ansatz beim Schreiben dieses Buches besteht darin, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, wie Menschen in Generation IV Reactor suchen, Fragen und Fragen zu enthüllen, die ich nicht unbedingt aus dem Kopf heraus denken würde, und diese Fragen in super einfachen und verdaulichen Worten zu beantworten und das Buch auf einfache Weise zu navigieren.

Wenn es darum geht, dieses Buch zu schreiben, habe ich darauf geachtet, dass es so optimiert und zielgerichtet wie möglich ist. Dieser Buchzweck ist es, den Menschen zu helfen, ihr Wissen über Generation IV Reactor besser zu verstehen und zu erweitern. Ich versuche, die Fragen der Menschen so genau wie möglich zu beantworten und viel mehr zu zeigen.

Es ist eine fantastische und schöne Möglichkeit, Fragen und Probleme der Menschen zu erforschen und sie direkt zu beantworten und dem Inhalt des Buches Einsicht, Bestätigung und Kreativität hinzuzufügen - sogar Pitches und Vorschläge. Das Buch deckt reiche, weniger überfüllte und manchmal überraschende Forschungsbereiche auf, die ich sonst nicht erreichen würde. Es besteht kein Zweifel, dass erwartet wird, dass es das Wissen der potenziellen Leser erweitert, nachdem das Buch mit diesem Ansatz gelesen wurde.

Ich habe einen einzigartigen Ansatz angewendet, um den Inhalt dieses Buches immer frisch zu machen. Dieser Ansatz hängt davon ab, den Köpfen der Menschen zuzuhören, indem die Suchwerkzeuge verwendet werden. Dieser Ansatz hat mir geholfen:

Treffen Sie die Leser genau dort, wo sie sind, damit ich relevante Inhalte erstellen kann, die einen Nerv treffen und mehr Verständnis für das Thema schaffen.

Bleiben Sie am Puls der Zeit, damit ich Updates erhalten kann, wenn die Leute auf neue Weise über diese aufkommende Technologie sprechen, und Trends im Laufe der Zeit überwachen kann.

Entdecken Sie verborgene Schätze von Fragen, die Antworten auf die aufkommende Technologie benötigen, um unerwartete Einblicke und versteckte Nischen zu entdecken, die die Relevanz des Inhalts erhöhen und ihm einen entscheidenden Vorteil verschaffen.

Der Baustein für das Schreiben dieses Buches umfasst Folgendes:

(1) Ich habe aufgehört, die Zeit mit Bauchgefühl und Vermutungen über die von den Lesern gewünschten Inhalte zu verschwenden, den Buchinhalt mit dem gefüllt, was die Leute brauchen, und mich von den endlosen Inhaltsideen verabschiedet, die auf Spekulationen basieren.

(2) Ich habe solide Entscheidungen getroffen und bin weniger Risiken eingegangen, um in der ersten Reihe zu sehen, was die Leute lesen und wissen wollen - in Echtzeit - und Suchdaten zu verwenden, um mutige Entscheidungen darüber zu treffen, welche Themen aufgenommen und welche ausgeschlossen werden sollen.

(3) Ich habe meine Content-Produktion optimiert, um Content-Ideen zu identifizieren, ohne einzelne Meinungen manuell durchsuchen zu müssen, um Tage und sogar Wochen Zeit zu sparen.

Es ist wunderbar, den Menschen zu helfen, ihr Wissen auf einfache Weise zu erweitern, indem sie nur ihre Fragen beantworten.

Ich denke, der Ansatz, dieses Buch zu schreiben, ist einzigartig, da es die wichtigen Fragen sammelt und verfolgt, die von den Lesern in Suchmaschinen gestellt werden.

Bestätigungen

Ein Buch zu schreiben ist schwieriger als ich dachte und lohnender, als ich es mir jemals hätte vorstellen können. Nichts davon wäre ohne die Arbeit renommierter Forscher möglich gewesen, und ich möchte ihre Bemühungen würdigen, das Wissen der Öffentlichkeit über diese neue Technologie zu verbessern.

Widmung

Für die Erleuchteten, diejenigen, die die Dinge anders sehen und wollen, dass die Welt besser wird - sie mögen den Status quo oder den bestehenden Staat nicht. Du kannst ihnen zu sehr widersprechen, und du kannst noch mehr mit ihnen streiten, aber du kannst sie nicht ignorieren, und du darfst sie nicht unterschätzen, weil sie immer Dinge verändern ... Sie treiben die menschliche Rasse voran, und während einige sie als die Verrückten oder Amateure betrachten, sehen andere Genie und Innovatoren, weil diejenigen, die erleuchtet genug sind, um zu denken, dass sie die Welt verändern können, diejenigen sind, die es tun und die Menschen zur Aufklärung führen.

Epigraph

Das Generation IV International Forum erforscht die kommerzielle Lebensfähigkeit einer Reihe verschiedener Kernreaktordesigns, die unter den Oberbegriff Reaktoren der Generation IV fallen . Sie werden von vielen verschiedenen Zwecken angetrieben, von denen einige erhöhte Sicherheit, verbesserte Nachhaltigkeit, erhöhte Effizienz und reduzierte Kosten umfassen.

Inhaltsverzeichnis

Urheberrecht

Bonus

Vorwort

Einleitung

Bestätigungen

Widmung

Epigraph

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1: Reaktor der Generation IV

Kapitel 2: Kernreaktor

Kapitel 3: Brutreaktor

Kapitel 4: Schneller Neutronenreaktor

Kapitel 5: Integraler schneller Reaktor

Kapitel 6: Flüssigsalzreaktor

Kapitel 7: Kernbrennstoff

Kapitel 8: Atomforschungszentrum Bhabha

Kapitel 9: Überkritischer Wasserreaktor

Kapitel 10: Hochtemperatur-Gasreaktor

Kapitel 11: Gasgekühlter schneller Reaktor

Kapitel 12: Bleigekühlter schneller Reaktor

Kapitel 13: Natriumgekühlter schneller Reaktor

Kapitel 14: Thorium-Brennstoffkreislauf

Kapitel 15: Flüssigfluorid-Thoriumreaktor

Kapitel 16: Wanderwellenreaktor

Kapitel 17: Liste kleiner modularer Reaktorkonstruktionen

Kapitel 18: TerraPower

Kapitel 19: Thorium-basierte Kernenergie

Kapitel 20: Integraler Salzschmelzereaktor

Kapitel 21: BREST (Reaktor)

Epilog

Über den Autor

Demnächst

Anhänge: Neue Technologien in jeder Branche

Kapitel 1: Reaktor der Generation IV

Generation IV-Reaktoren, oft als Gen-IV-Reaktoren bekannt, sind eine Reihe von Kernreaktordesigns, die derzeit vom Generation IV International Forum für mögliche Anwendungen im kommerziellen Bereich untersucht werden. Sie werden von vielen verschiedenen Zwecken angetrieben, von denen einige erhöhte Sicherheit, verbesserte Nachhaltigkeit, erhöhte Effizienz und reduzierte Kosten umfassen.

Der Natriumschnellreaktor, das am weitesten entwickelte Design für einen Gen-IV-Reaktor, hat im Laufe der Jahre den höchsten Finanzierungsanteil erhalten. Neben zwei kommerziellen Reaktoren, die sich beide in Russland befinden, gibt es eine Reihe von Demonstrationsanlagen. Seit 1981 läuft mindestens eine davon erfolgreich als Unternehmen. Die Schaffung eines umweltfreundlichen und autarken geschlossenen Brennstoffkreislaufs für den Reaktor ist die wichtigste Komponente der Gen-IV-Architektur. Von den sechs verschiedenen Typen ist der Flüssigsalzreaktor derjenige mit dem Potenzial, die höchste Eigensicherheit zu haben, ein älteres und weniger etabliertes Stück Technologie.

Zu diesem Zeitpunkt gilt die überwiegende Mehrheit der weltweit noch in Betrieb befindlichen Reaktoren als Systeme der zweiten Reaktorgeneration. Das liegt daran, dass der Großteil der Anlagen der ersten Generation schon vor geraumer Zeit stillgelegt wurde und ab dem Jahr 2021 nur noch wenige Reaktoren der Generation III in Betrieb sind. Reaktoren der Generation V werden als Reaktoren bezeichnet, die an dieser Stelle vollständig theoretisch sind und daher in der mittleren Zukunft nicht als realistisch angesehen werden. Infolgedessen sind die Forschungs- und Entwicklungsmittel für diese Reaktortypen eingeschränkt.

Das United States Office of Nuclear Energy war die treibende Kraft hinter der Gründung des Generation IV International Forum (GIF) im Januar 2000.

Department of Energy (DOE)

Das GIF-Forum präsentierte individuelle Zeitpläne für jedes der sechs verschiedenen Systeme. Der Forschungs- und Entwicklungsprozeß läßt sich in drei Phasen unterteilen:

Realisierbarkeit: Erprobung der grundlegenden Ideen unter relevanten Situationen; Lokalisierung und Behebung etwaiger möglicher technologischer Show-Stopper; Lebensfähigkeit:

Die Verifizierung und Optimierung von Engineering-Scale-Prozessen, Phänomenen und Materialfähigkeiten unter prototypischen Bedingungen ist für die Leistung erforderlich.

Demonstration: Absolvieren und erhalten Sie eine Lizenz für das detaillierte Design sowie den Bau und Betrieb des Prototyps oder Demonstrationssystems, mit dem ultimativen Ziel, es auf das Niveau des kommerziellen Einsatzes zu bringen.

Zunächst wurde eine Vielzahl von Reaktordesigns berücksichtigt; Der Pool der Kandidaten wurde jedoch eingegrenzt, um nur die vielversprechendsten Technologien und diejenigen einzubeziehen, die die besten Chancen hatten, die Ziele der Gen-IV-Bemühungen zu erreichen. Drei der Systeme gelten als thermische Reaktoren, während die anderen vier als schnelle Reaktoren gelten. Es wird auch geforscht, ob der Very High Temperature Reactor (VHTR) möglicherweise qualitativ hochwertige Prozesswärme für die Synthese von Wasserstoff liefern kann. Der Einsatz schneller Reaktoren hat die Möglichkeit, mehr Brennstoff zu züchten als sie verbrauchen und Aktinide zu verbrennen, was die Menge des durch den Prozess erzeugten Abfalls weiter minimieren würde. Je nach Standpunkt bieten diese Systeme erhebliche Fortschritte in Bezug auf Nachhaltigkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit, Wirtschaftlichkeit, Proliferationsresistenz und physischen Schutz.

Ein Kernreaktor, der thermische Neutronen oder langsame Neutronen verwendet, wird als thermischer Reaktor bezeichnet. Die Neutronen, die als Nebenprodukt der Spaltung freigesetzt werden, werden durch einen Neutronenmoderator abgebremst, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass der Brennstoff sie absorbiert.

Als Folgemaßnahme zum HTR-10 begann die chinesische Regierung 2012 mit dem Bau eines Demonstrations-Hochtemperatur-Kugelhaufenreaktors HTR-PM 200 MW.

Ein graphitmoderierter Kern und ein einmaliger Uranbrennstoffkreislauf bilden das Herzstück des Hochtemperaturreaktors (VHTR).

Als Kühlmittel wird entweder Helium oder Salzschmelze verwendet.

Diese Reaktorkonstruktion sieht eine Austrittstemperatur von 1.000 °C vor.

Sowohl ein prismatischer Block als auch eine Kugelhaufenreaktorarchitektur sind praktikable Optionen für den Kern des Reaktors.

Die hohen Temperaturen ermöglichen die Durchführung einer Vielzahl von Prozessen, darunter die Erzeugung von Wasserstoff und Prozesswärme über den thermochemischen Schwefel-Jod-Kreislauf.

Im Februar 2010 wurde dem südafrikanischen modularen Kugelhaufenreaktor (PBMR), der der erste Hochtemperaturreaktor der Welt sein sollte, von der Regierung die Finanzierung verweigert. Potenzielle Investoren und Verbraucher wurden aufgrund eines deutlichen Preisanstiegs sowie der Besorgnis über das Auftreten unvorhergesehener technischer Probleme abgeschreckt.

Im Jahr 2012 genehmigte das Idaho National Laboratory im Rahmen des Wettbewerbs zur Entwicklung der nächsten Generation von Kernkraftwerken ein Design, das mit dem prismatischen Block-Antares-Reaktor von Areva vergleichbar ist, mit dem Ziel, es bis zum Jahr 2021 als Prototyp einzusetzen. Der als Xe-100 bekannte PBMR wird rund 76 MWe und 200 MWt thermische Leistung erzeugen. Die typische Xe-100-Viererpackanlage kann etwa 300 MWe produzieren und kann auf nur 13 Hektar Land gebaut werden. Jedes Teil des Xe-100 kann auf der Straße transportiert werden, und um den Bauprozess zu beschleunigen, anstatt etwas auf der Baustelle zu bauen, wird es einfach dort montiert.

Das Hauptkühlmittel oder vielleicht der Brennstoff selbst in einem Flüssigsalzreaktor ist eine Mischung aus geschmolzenen Salzen. Diese Form des Kernreaktors wird als Flüssigsalzreaktor bezeichnet. Es gab mehrere Vorschläge für den Bau dieser Art von Reaktor, und nur wenige Prototypen wurden gebaut.

Die Grundidee eines MSR kann auf andere Arten von Reaktoren angewendet werden, einschließlich thermischer, epithermaler und schneller Reaktoren. Seit 2005 liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung einer Rapid Spectrum MSR (MSFR).

Sowohl thermische Spektrumreaktoren (wie der IMSR) als auch schnelle Spektrumreaktoren sind in den Designs der neuesten Ideenkonzepte (z. B. MCSFR) enthalten.

Die frühen Vorstellungen des thermischen Spektrums, sowie viele der heute verwendeten, hängen von Kernbrennstoff ab.

vielleicht Urantetrafluorid (UF4) oder Thoriumtetrafluorid (ThF4), gelöst in geschmolzenem Fluoridsalz.

Die Flüssigkeit würde Kritikalität erreichen, indem sie in einen Kern fließt, in dem Graphit als Moderator fungieren würde. Dies würde dazu führen, dass die Flüssigkeit die Kritikalität erreicht.

Einige der heutigen Theorien basieren auf der Verwendung von Brennstoff, der in einer Graphitmatrix verteilt ist, wobei geschmolzenes Salz als Quelle für niedrigen Druck dient.

eine Kühlung bei hoher Temperatur.

Da die durchschnittliche Geschwindigkeit der Neutronen, die die Spaltungsereignisse in seinem Brennstoff verursachen würden, schneller ist als die von thermischen Neutronen, werden diese Gen IV MSR-Konzepte oft genauer als epithermaler Reaktor und nicht als thermischer Reaktor bezeichnet. Dies liegt daran, dass thermische Neutronen langsamer sind als epithermale Neutronen.

Schnelles Spektrum Der Graphitmoderator ist in keinem der MSR-Ideendesigns (z.B. MCSFR) enthalten. Sie erreichen die Kritikalität, indem sie sicherstellen, dass sie eine ausreichende Menge Salz mit einer ausreichenden Menge an spaltbaren Partikeln haben. Aufgrund ihres schnellen Spektrums sind sie in der Lage, eine viel größere Menge an Kraftstoff zu verbrauchen und produzieren dabei nur kurzlebige Abfälle.

Die Flüssigsalztechnologie hat mehrere Varianten, einschließlich des konzeptionellen Dual-Fluid-Reaktors, der mit Blei als Kühlmedium, aber geschmolzenem Salzbrennstoff, üblicherweise als Metallchlorid, z. B. Plutonium (III) -chlorid, entwickelt wird, um größere nukleare Abfall" geschlossene Brennstoffkreislauffähigkeiten zu unterstützen. Die Mehrheit der MSR-Designs, die derzeit verfolgt werden, sind weitgehend vom Molten-Salt Reactor Experiment (MSRE) der 1960er Jahre abgeleitet. Andere bemerkenswerte Ansätze, die sich deutlich von MSRE unterscheiden, sind das Konzept eines Stable Salt Reactor (SSR), das von MOLTEX gefördert wird. Dieser Ansatz umschließt das geschmolzene Salz in Hunderten der gängigen Festbrennstäbe, die in der Atomindustrie bereits gut etabliert sind. Weitere bemerkenswerte Ansätze sind: Im Jahr 2015 stellte ein Beratungsunternehmen mit Sitz in Großbritannien namens Energy Process Construction fest, dass dieses spätere britische Design für die Entwicklung kleiner modularer Reaktoren am wettbewerbsfähigsten war.

Die Aussicht, dass der MSR als thermischer Kernmüllbrenner funktioniert, ist ein weiteres herausragendes Merkmal dieses Reaktors. Traditionell wurden nur Schnellspektrumreaktoren für die Nutzung oder Verringerung abgebrannter Kernvorräte als machbar erachtet. Neue Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass auch andere Arten von Reaktoren wirksam sein können. Der thermische Abfallverbrennungsprozess wurde durch Zugabe einer kleinen Menge Thorium zu dem abgebrannten Kernbrennstoff anstelle eines Teils des Urans ermöglicht. Ohne die Sorgen um die Verbreitung von Kernwaffen und andere technische Herausforderungen, die mit schnellen Reaktoren verbunden sind, wird die Nettoproduktionsrate von Transuranelementen (wie z. B. Plutonium und Americium) auf ein Niveau gesenkt, das unter dem Verbrauch liegt. Dies führt zu einer Verringerung des Ausmaßes des Kernspeicherproblems.

Der überkritische Wasserreaktor, auch bekannt als SCWR, ist ein Konzept für einen reduzierten Moderationswasserreaktor. Da jedoch die durchschnittliche Geschwindigkeit der Neutronen, die die Spaltungsereignisse im Brennstoff verursachen würden, schneller ist als die von thermischen Neutronen, wird er genauer als epithermaler Reaktor und nicht als thermischer Reaktor bezeichnet. Dies liegt daran, dass epithermale Neutronen sich mit einer höheren Temperatur bewegen als thermische Neutronen. Das Arbeitsfluid ist Wasser, das in seinen überkritischen Zustand gedrückt wurde. SCWRs sind im Wesentlichen Leichtwasserreaktoren (LWRs), aber sie werden bei höheren Drücken und Temperaturen betrieben und haben einen direkten Wärmeaustauschzyklus, der nur einmal durchläuft. Da es überkritisches Wasser (nicht zu verwechseln mit kritischer Masse) als Arbeitsflüssigkeit verwendet, wäre nur eine Wasserphase vorhanden, was die überkritische Wärmeaustauschmethode einem Druckwasserreaktor ähnlicher macht als einem Siedewasserreaktor (BWR), wie es am häufigsten geplant ist. Dies ist jedoch nicht der Fall für einen Siedewasserreaktor (BWR), der in einem direkten Kreislauf (PWR) arbeitet. Es wäre in der Lage, bei Temperaturen zu arbeiten, die weit höher sind als die von DWRs oder BWRs, die derzeit verwendet werden.

Der thermische Wirkungsgrad von überkritischen wassergekühlten Reaktoren (SCWRs) liegt bei rund 45 Prozent, während der Wirkungsgrad moderner Leichtwasserreaktoren (LWRs) bei etwa 33 Prozent liegt. Dieser hohe thermische Wirkungsgrad macht SCWRs zu einem attraktiven Kandidaten für fortschrittliche nukleare Systeme.

Die kostengünstige Energieerzeugung ist das vorrangige Ziel des SCWR. Es basiert auf zwei Technologien, die sich bereits als wirksam erwiesen haben: Leichtwasserreaktoren (LWRs), die weltweit am häufigsten eingesetzten Stromerzeugungsreaktoren, und überhitzte mit fossilen Brennstoffen befeuerte Kessel, die auch an einer beträchtlichen Anzahl von Standorten auf der ganzen Welt eingesetzt werden. Mittlerweile beschäftigen sich 32 Gruppen aus 13 verschiedenen Nationen mit der SCWR-Idee.

Aufgrund der Tatsache, dass es sich um Wasserreaktoren handelt, sind SCWRs den gleichen Gefahren ausgesetzt wie BWRs und LWRs, einschließlich der Freisetzung von radioaktivem Dampf und der Möglichkeit einer Dampfexplosion sowie der Notwendigkeit extrem teurer Hochleistungsdruckbehälter, Rohre, Ventile und Pumpen. Aufgrund der Tatsache, dass SCWRs bei höheren Temperaturen arbeiten, sind diese häufigen Probleme für diese Reaktoren von Natur aus schwerwiegender.

Der WWER-1700/393, auch bekannt als VVER-SCWR oder VVER-SKD, ist ein überkritischer wassergekühlter Reaktor, der derzeit in Russland entwickelt wird. Es hat ein Brutverhältnis von 0,95 und einen Doppeleinlasskern.

Die schnellen Neutronen, die bei der Spaltung entstehen, können ohne Mäßigung sofort in einem schnellen Reaktor eingesetzt werden. Im Gegensatz zu thermischen Neutronenreaktoren können schnelle Neutronenreaktoren so programmiert werden, dass sie alle Aktinide verbrennen oder spalten. Wenn genügend Zeit gegeben wird, wird dies zu einer signifikanten Reduzierung des Aktinidenanteils in abgebrannten Kernbrennstoffen führen, die von der derzeitigen Weltflotte thermischer Neutronenleichtwasserreaktoren produziert werden, wodurch der Kernbrennstoffkreislauf abgeschlossen wird. Alternativ sind sie auch in der Lage, mehr Aktinidenkraftstoff zu produzieren, als sie benötigen, wenn die Konfiguration ihrer Systeme geändert wird.

Das gasgekühlte schnelle Reaktorsystem (GFR) ist mit einem geschlossenen Brennstoffkreislauf und einem schnellen Neutronenspektrum ausgestattet, was die effektive Umwandlung von fruchtbarem Uran sowie das Management von Actiniden ermöglicht.

Der Reaktor ist heliumgekühlt und mit einer Austrittstemperatur von 850 °C eine Weiterentwicklung des Hochtemperaturreaktors (VHTR) zu einem nachhaltigeren Brennstoffkreislauf.

Der hohe thermische Wirkungsgrad wird durch den Einsatz einer direkten Brayton-Gasturbine erreicht.

Mehrere andere Brennstofftypen werden derzeit in Betracht gezogen, da sie bei sehr hohen Temperaturen funktionieren und eine außergewöhnliche Rückhaltung von Spaltprodukten gewährleisten. Zu diesen Brennstoffformen gehören: keramischer Verbundbrennstoff, verbesserte Kraftstoffpartikel oder Komponenten von Aktinidenverbindungen, die in Keramik eingeschlossen sind.

Kernkonfigurationen, die auf stift- oder plattenbasierten Brennelementen sowie prismatischen Blöcken basieren, werden nun in Betracht gezogen.

Eines der drei Reaktorsysteme der Generation IV, die von der European Sustainable Nuclear Industrial Initiative gefördert wurden, ist ein gasgekühlter schneller Reaktor mit dem Namen Allegro und einer Kapazität von 100 MWt. Dieser Reaktor soll in einem Land in Mittel- oder Osteuropa gebaut werden.

Der BN-600 und der BN-800 sind Russlands zwei größte kommerzielle natriumgekühlte schnelle Reaktoren, und beide befinden sich in Russland (800 MW). Der Superphenix-Reaktor in Frankreich, der mit einer Leistung von mehr als 1.200 Megawatt Strom mehrere Jahre erfolgreich in Betrieb war, bis er 1996 stillgelegt wurde, war der größte Reaktor, der jemals in Betrieb genommen wurde. Im Oktober 1985 erreichte der Fast Breeder Test Reactor (FBTR), der sich in Indien befand, die Kritikalität. Die Brennstoffverbrennungseffizienz des FBTR erreichte im September 2002 erstmals die Marke von 100.000 Megawatttagen pro Tonne Uran (MWd/MTU). Dies gilt als bedeutende Errungenschaft in der Geschichte der Brutreaktortechnologie in Indien. Ein natriumgekühlter schneller Reaktor mit einer Kapazität von 500 MWe wird jetzt für INR 5.677 crores (etwa 900 Millionen US-Dollar) gebaut. Diese Konstruktion erfolgt mit dem Know-how aus dem Betrieb des FBTR, dem Prototype Fast Breeder Reactor. Nach einer Reihe von Rückschlägen sagte die Regierung im März 2020, dass sie nun davon ausgeht, dass der Reaktor frühestens im Dezember 2021 betriebsbereit sein wird. Nach dem PFBR wird es sechs weitere kommerzielle Schnelle Brüter (CFBRs) mit einer Kapazität von jeweils 600 MWe geben.

Der oxidbetriebene Schnelle Brüter und der metallbefeuerte integrierte Schnellreaktor sind zwei Konzepte, die bereits für natriumgekühlte schnelle Brüter entwickelt werden. Der Gen IV SFR ist ein Projekt, das diese beiden Initiativen erweitert.

Ziel ist es, die Notwendigkeit zu reduzieren, dass Transurane jemals den Standort verlassen müssen, um die Wirksamkeit der Verwendung von Uran zu maximieren. Dies wird durch die Produktion von Plutonium erreicht. Beim Bau des Reaktors wird ein unmoderierter Kern verwendet, der von schnellen Neutronen angetrieben wird. Diese Konfiguration soll den Verbrauch von Transuranisotopen (und in einigen Fällen als Brennstoff verwendet) erleichtern. Der Brennstoff für den SFR dehnt sich aus, wenn der Reaktor zu heiß wird, wodurch sich die Kettenreaktion automatisch verlangsamt. Dies ist zusätzlich zu den Vorteilen, die sich aus der Eliminierung von Transuranen mit langer Halbwertszeit aus dem Abfallkreislauf ergeben. Es ist auf diese Weise in einem nicht-aktiven Sinne sicher.

Ein Entwurf für einen SFR-Reaktor sieht vor, dass er mit flüssigem Natrium gekühlt und entweder mit einer metallischen Legierung aus Uran und Plutonium oder abgebranntem Kernbrennstoff betrieben wird, der der nukleare Abfall ist, der von Leichtwasserreaktoren erzeugt wird. Der SFR-Kraftstoff ist von einer Stahlverkleidung umhüllt, und flüssiges Natrium füllt den Raum zwischen den plattierten Teilen, aus denen die Kraftstoffbaugruppe besteht. Die Brennstoffbaugruppe ist das, was den SFR ausmacht. Ein SFR hat eine Reihe von Hindernissen in Bezug auf sein Design, von denen eines die Gefahren sind, die mit dem Umgang mit Natrium verbunden sind. Natrium reagiert explosionsartig, wenn es mit Wasser in Berührung kommt. Anstatt jedoch Wasser als Kühlmittel zu verwenden, wird stattdessen flüssiges Metall verwendet. Dadurch kann das System bei Atmosphärendruck betrieben werden, was wiederum die Wahrscheinlichkeit von Leckagen verringert.

Die European Sustainable Nuclear Industrial Initiative hat Mittel für drei Reaktorsysteme der Generation IV bereitgestellt. Einer von ihnen war ein fortschrittlicher Natrium-technischer Reaktor für industrielle Demonstrationen (ASTRID), der ein natriumgekühlter schneller Reaktor ist.

Es gibt mehrere Vorläufer der Gen IV SFR auf der ganzen Welt. Ein solcher Vorläufer ist die 400 MWe Fast Flux Test Facility, die seit 10 Jahren am Standort Hanford im Bundesstaat Washington effektiv betrieben wird.

Im Idaho National Laboratory war der 20 MWe EBR II fast dreißig Jahre lang in Betrieb, bis er 1994 stillgelegt wurde. Während dieser Zeit lief es reibungslos und effektiv.

Das Argonne National Laboratory war verantwortlich für die Entwicklung der Technologie, die zwischen 1984 und 1994 im Integral Fast Reactor (IFR) eingesetzt wurde. Der PRISM-Reaktor von GE Hitachi ist eine aktualisierte und kommerzialisierte Nutzung dieser Technologie. Anstatt frischen Brennstoff zu produzieren, besteht das Hauptziel des PRISM-Projekts darin, gebrauchten Kernbrennstoff aus bestehenden Reaktoren durch Verbrennung zu recyceln. Das Konzept, das als Alternative zur traditionellen Methode zur Vergraben abgebrannter Brennelemente und Abfälle vorgestellt wurde, verkürzt die Halbwertszeiten der spaltbaren Bestandteile, die in abgebrannten Brennelementen vorhanden sind, und erzeugt gleichzeitig Energie zu einem erheblichen Teil als Nebenprodukt.

Der bleigekühlte Schnellreaktor verfügt über einen blei- oder blei/Wismut-eutektischen (LBE) flüssigmetallgekühlten Reaktor mit geschlossenem Brennstoffkreislauf. Diese Art von Reaktor erzeugt schnelle Neutronenspektrumstrahlung.

Zu den verfügbaren Optionen gehören eine Vielzahl von Anlagenleistungen, darunter eine Batterie, die zwischen 50 und 150 MW Leistung speichern kann und eine sehr lange Zeit zwischen den Betankungen hat, ein modulares System mit Leistungen zwischen 300 und 400 MW sowie eine große monolithische Anlagenoption mit einer Kapazität von 1.200 MW (der Name Batterie spielt auf die langlebige,  B. Kern, der in der Anlage hergestellt wurde, im Widerspruch zu jeder Bestimmung über die elektrochemische Umwandlung von Energie).

Der Brennstoff besteht aus einem Metall oder einem Nitrid und enthält sowohl fruchtbares Uran als auch Transuranik.