Flüssigsalzreaktor: Den Brennstoffkreislauf in der Zukunft der Atomkraft überdenken?

Von Fouad Sabry

Was ist ein Salzschmelzereaktor

Eine Art Kernspaltungsreaktor, bekannt als Salzschmelzereaktor oder kurz MSR, ist einer, in dem das Hauptkühlmittel des Kernreaktors und /oder der Brennstoff ist eine Mischung aus geschmolzenem Salz. Bisher waren nur zwei MSRs in Betrieb, und beide waren Forschungsreaktoren in den Vereinigten Staaten. Das Salzschmelzreaktor-Experiment der 1960er Jahre zielte darauf ab, das Konzept eines Kernkraftwerks zu beweisen, das einen Thorium-Brennstoffkreislauf in einem Brüterreaktor implementiert, während das Flugzeugreaktor-Experiment der 1950er Jahre hauptsächlich durch die kompakte Größe motiviert war, die die Technik bietet. Das Aircraft Reactor Experiment wurde in den 1950er Jahren durchgeführt. Die verstärkte Forschung zu Reaktordesigns der Generation IV begann, das Interesse an der Technologie wiederzubeleben, und im September 2021 stand China kurz davor, mit seinem TMSR-LF1-Thorium-MSR zu beginnen. Dieses Interesse wurde durch die Tatsache geweckt, dass zahlreiche Länder Projekte hatten, in denen diese Technologie eingesetzt wurde.

Wie Sie davon profitieren

(I) Einblicke und Validierungen über die folgende Themen:

Kapitel 1: Salzschmelzereaktor

Kapitel 2: Kernreaktor

Kapitel 3: Kugelhaufenreaktor

Kapitel 4: Brutreaktor

Kapitel 5: Reaktor für schnelle Neutronen

Kapitel 6: Void-Koeffizient

Kapitel 7: Passive nukleare Sicherheit

Kapitel 8: Kernbrennstoff

Kapitel 9: Reaktor der vierten Generation

Kapitel 10: Hochtemperatur-Gasreaktor

Kapitel 11: Thorium-Brennstoffkreislauf

Kapitel 12: Alvin M. Weinberg

Kapitel 13: Schmelzsalzreaktor-Experiment

Kapitel 14: Flüssigfluorid-Thorium-Reaktor

Kapitel 15: FLiBe

Kapitel 16: Kernkraft auf Thoriumbasis

Kapitel 17: Integrierter Salzschmelzereaktor

Kapitel 18: Kernreaktor ThorCon

Kapitel 19: Dual-Fluid-Reaktor

Kapitel 20: Stabiler Salzreaktor

Kapitel 21: TMSR -LF1

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zum Salzschmelzreaktor.

(III) Beispiele aus der Praxis für den Einsatz von Salzschmelzreaktoren in vielen Bereichen.

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

Für wen ist dieses Buch gedacht

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Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Bastler und diejenigen, die über grundlegende Kenntnisse oder Informationen für jede Art von Salzschmelzereaktor hinausgehen möchten.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 17. Okt. 2022

Buchvorschau

Urheberrecht

Flüssigsalzreaktor Copyright © 2022 by 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 Molten Salt Reactor: Rethinking the fuel cycle in the future of nuclear power? , und Sie erhalten eine E-Mail mit den ersten Kapiteln dieses Buches.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

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 unerschlossene Goldgrube an Inhaltsideen über Molten Salt 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 Molten Salt 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 durch immer mehr Antworten auf neue Fragen zum Flüssigsalzreaktor 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 rund um Molten Salt 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 Molten Salt 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

Eine Art Kernspaltungsreaktor, bekannt als Flüssigsalzreaktor, kurz MSR, ist einer, in dem das Hauptkühlmittel des Kernreaktors und / oder der Brennstoff ein Gemisch aus geschmolzenem Salz ist. Es waren immer nur zwei MSR in Betrieb, und beide waren Forschungsreaktoren in den Vereinigten Staaten. Das Molten-Salt Reactor Experiment der 1960er Jahre zielte darauf ab, das Konzept eines Kernkraftwerks zu beweisen, das einen Thoriumbrennstoffkreislauf in einem Brutreaktor implementiert, während das Flugzeugreaktorexperiment der 1950er Jahre hauptsächlich durch die kompakte Größe der Technik motiviert war. Das Aircraft Reactor Experiment wurde in den 1950er Jahren durchgeführt. Verstärkte Forschung an Reaktordesigns der Generation IV begann, das Interesse an der Technologie wiederzubeleben, und ab September 2021 stand China kurz davor, mit seinem TMSR-LF1-Thorium-MSR zu beginnen. Dieses Interesse wurde durch die Tatsache geweckt, dass zahlreiche Länder Projekte mit der Technologie hatten.

Inhaltsverzeichnis

Urheberrecht

Bonus

Vorwort

Einleitung

Bestätigungen

Widmung

Epigraph

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 6: Flüssigsalzreaktor

Kapitel 2: Kernreaktor

Kapitel 3: Brutreaktor

Kapitel 4: Brutreaktor

Kapitel 5: Schneller Neutronenreaktor

Kapitel 6: Passive nukleare Sicherheit

Kapitel 7: Kernbrennstoff

Kapitel 7: Kernbrennstoff

Kapitel 9: Reaktor der Generation IV

Kapitel 9: Überkritischer Wasserreaktor

Kapitel 11: Bleigekühlter schneller Reaktor

Kapitel 12: Alvin M. Weinberg

Kapitel 13: Flüssigsalzreaktor-Experiment

Kapitel 14: Flüssigfluorid-Thoriumreaktor

Kapitel 15: Fuji Flüssigsalzreaktor

Kapitel 16: Liste kleiner modularer Reaktorkonstruktionen

Kapitel 17: Integraler Salzschmelzereaktor

Kapitel 18: Thorium-basierte Kernenergie

Kapitel 19: Integraler Salzschmelzereaktor

Kapitel 20: Transatomare Macht

Kapitel 21: Stabiler Salzreaktor

Epilog

Über den Autor

Demnächst

Anhänge: Neue Technologien in jeder Branche

Kapitel 6: Flüssigsalzreaktor

Eine Art Kernspaltungsreaktor, bekannt als Flüssigsalzreaktor, kurz MSR, ist einer, in dem das Hauptkühlmittel des Kernreaktors und / oder der Brennstoff ein Gemisch aus geschmolzenem Salz ist. Es waren immer nur zwei MSR in Betrieb, und beide waren Forschungsreaktoren in den Vereinigten Staaten. Das Molten-Salt Reactor Experiment der 1960er Jahre zielte darauf ab, das Konzept eines Kernkraftwerks zu beweisen, das einen Thoriumbrennstoffkreislauf in einem Brutreaktor implementiert, während das Flugzeugreaktorexperiment der 1950er Jahre hauptsächlich durch die kompakte Größe der Technik motiviert war. Das Aircraft Reactor Experiment wurde in den 1950er Jahren durchgeführt. Verstärkte Forschung an Reaktordesigns der Generation IV begann, das Interesse an der Technologie wiederzubeleben, wobei verschiedene Länder Projekte haben, und ab September 2021 steht China kurz davor, seinen TMSR-LF1-Thorium-MSR-Reaktor zu beginnen. [Zitat benötigt].

MSRs gelten als sicherer als herkömmliche Reaktoren, da sie mit Brennstoff arbeiten, der sich bereits in geschmolzenem Zustand befindet. Darüber hinaus ist das Kraftstoffgemisch im Notfall so ausgelegt, dass es aus dem Kern in einen Sicherheitsbehälter abfließt, wo es in Kraftstoffablasstanks erstarrt. Dies eliminiert die Möglichkeit, dass traditionelle (Festbrennstoff-) Reaktoren eine unkontrollierte Kernschmelze sowie die damit verbundenen Wasserstoffexplosionen erleben, wie sie während der nuklearen Tragödie in Fukushima zu sehen waren. Anstatt den Druck in den Brennstoffrohren während der Lebensdauer des Brennstoffs zu erhöhen, wie es bei herkömmlichen Festbrennstoffreaktoren der Fall ist, hält diese Art von Reaktor durchgehend einen konstanten Druck aufrecht. MSRs haben auch die Fähigkeit, betankt zu werden, während sie funktionieren, was effektiv dasselbe ist wie die Online-Wiederaufbereitung von Kernkraftwerken. Konventionelle Reaktoren hingegen müssen abgeschaltet werden, um betankt zu werden (Schwerwasserreaktoren wie der CANDU oder die PHWRs der Atucha-Klasse sind eine bemerkenswerte Ausnahme).

Ein weiteres wichtiges Merkmal von MSRs sind Betriebstemperaturen von etwa 700 ° C (1.292 ° F), deutlich höher als herkömmliche LWRs bei etwa 300 ° C (572 ° F), die einen höheren Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung bieten, das Potenzial von Anlagen, die Energie für das Netz speichern, eine wirtschaftliche Wasserstoffproduktion und in einigen Fällen Optionen zur Reduzierung der Prozesswärme.

Die Korrosivität heißer Salze und die sich ändernde chemische Zusammensetzung des Salzes, wenn es durch den Neutronenfluss im Reaktorkern umgewandelt wird, sind beides relevante Schwierigkeiten, die während des gesamten Entwurfsprozesses angegangen werden müssen.

MSR bieten eine Vielzahl von Vorteilen, die mit denen herkömmlicher Kernreaktoren nicht vergleichbar sind. Aber aus historischen Gründen wurden sie nicht umgesetzt.

Im Vergleich zu herkömmlichen Reaktoren weisen MSR, insbesondere solche, in denen der Brennstoff im Salz gelöst ist, eine Reihe von Unterscheidungsmerkmalen auf. Der Druck innerhalb eines Reaktorkerns kann ziemlich niedrig sein, aber die Temperatur könnte ziemlich hoch sein. In dieser Hinsicht ähnelt ein MSR eher einem leichtwassergekühlten Reaktor, der flüssiges Metall zur Kühlung verwendet, als einem normalen Leichtwasserreaktor. Im Gegensatz zu dem Durchlaufbrennstoff, der derzeit in den meisten Kernkraftwerken der Vereinigten Staaten verwendet wird, werden MSR oft als Brutreaktoren mit geschlossenen Brennstoffkreisläufen konzipiert.

Zur Begrenzung von Reaktivitätsabweichungen sind Sicherheitskonzepte von einem negativen Temperaturkoeffizienten der Reaktivität und einem signifikanten wahrscheinlichen Temperaturanstieg abhängig. Es ist möglich, einen zweiten Behälter zu installieren, der passiv unter dem Reaktor als alternative Technik zum Abschalten des Reaktors gekühlt wird. Im Falle einer Fehlfunktion sowie zum Zwecke der routinemäßigen Wartung wird der Brennstoff aus dem Reaktor abgeleitet. Die nukleare Kettenreaktion wird gestoppt, und dies funktioniert auch als sekundärer Kühlmechanismus. Für einige sehr sichere subkritische experimentelle Designs wurden neutronenerzeugende Beschleuniger als Lösung vorgeschlagen.

MSRs haben zahlreiche potenzielle Vorteile gegenüber den bereits verwendeten Leichtwasserreaktoren:

Die Abfuhr von Wärme aus dem Zerfallsprozess erfolgt passiv in MSRs, genau wie in allen Niederdruckreaktordesigns. Da der Brennstoff und das Kühlmittel in bestimmten Designs die gleiche Flüssigkeit sind, entfernt das Entfernen des Kühlmittels auch den Brennstoff des Reaktors. Dies ist analog dazu, wie das Entfernen des Moderators in einem LWR auch das Kühlmittel in dieser Konstruktion entfernt. Im Gegensatz zu Dampf haben Fluoridsalze Schwierigkeiten, sich in Wasser aufzulösen und produzieren keinen Wasserstoff, der verbrannt werden kann. Salzschmelzen werden im Gegensatz zu Stahl und festem Uranoxid durch den Neutronenbeschuss im Reaktorkern nicht geschädigt; Doch der Reaktorbehälter ist es immer noch.

Da ein Niederdruck-MSR nicht über den radioaktiven Hochdruckdampf eines BWR verfügt, tritt kein radioaktiver Dampf und kein Kühlwasser aus und erfordert nicht die kostspielige Eindämmung, den Stahlkernbehälter, die Rohrleitungen und die Sicherheitsausrüstung, die erforderlich sind, um radioaktiven Dampf zu enthalten. Die überwiegende Mehrheit der MSR-Konstruktionen sieht dagegen vor, dass Flüssigkeiten, die radioaktive Spaltprodukte transportieren, in direktem Kontakt mit Pumpen und Wärmetauschern stehen.

Da MSRs in der Lage sind, mit langsamen Neutronen zu arbeiten, besteht die Möglichkeit, dass sie geschlossene Kernbrennstoffkreisläufe kostengünstiger machen. Jeder Reaktor, der den Kernbrennstoffkreislauf vervollständigt und so die Umweltfolgen verringert, sofern der Plan in seiner Gesamtheit durchgeführt wird, umfasst: Durch einen Prozess der chemischen Trennung werden langlebige Actinide wieder in Reaktorbrennstoff umgewandelt. Die Mehrheit der freigesetzten Abfälle sind Spaltprodukte, oft als Kernasche bezeichnet, die kürzere Halbwertszeiten haben. Aus diesem Grund reduziert sich die Zeit, die für den geologischen Einschluss benötigt wird, von den Zehntausenden von Jahren, die abgebrannte Kernbrennstoffe aus einem Leichtwasserreaktor benötigen, auf nur 300 Jahre. Darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung alternativer Kernbrennstoffe wie Thorium.

Die Pyroprozessierung kann in der flüssigen Phase des Brennstoffs verwendet werden, um Spaltprodukte, auch bekannt als Kernasche, aus Aktinidenbrennstoffen zu extrahieren. Dies kann Vorteile gegenüber der traditionelleren Methode der Wiederaufbereitung bieten, obwohl noch erhebliche Entwicklungen erforderlich sind.

Die Herstellung von Brennstäben ist nicht notwendig (ersetzt durch Brennsalzsynthese).

Einige Designs sind mit dem schnellen Neutronenspektrum kompatibel, das störende Transurane aus Standard-Leichtwasser-Kernreaktoren wie Pu240, Pu241 und höher (Plutonium in Reaktorqualität) verbrennen kann.

In weniger als einer Minute kann ein MSR auf Laständerungen reagieren (im Gegensatz zu herkömmlichen Festbrennstoff-Kernkraftwerken, die an Xenonvergiftung leiden).

Flüssigsalzreaktoren sind in der Lage, bei hohen Temperaturen zu arbeiten, was zu einem erhöhten thermischen Wirkungsgrad führt. Dies führt zu einer Reduzierung von Größe, Kosten und Auswirkungen auf die Umwelt.

MSRs haben das Potenzial, eine hohe spezifische Leistung bereitzustellen, was sich auf eine hohe Leistung bei geringer Masse bezieht, wie ARE zeigt.

Aufgrund seines Potenzials für eine günstige Neutronenökonomie ist der MSR eine attraktive Option für den neutronenarmen Thorium-Brennstoffkreislauf.

Vergleichsweise geringer Fortschritt im Vergleich zu den meisten Gen-IV-Designs

In Systemen, die zirkulierendes Brennsalz verwenden, kommen Radionuklide, die im Brennstoff gelöst sind, in Kontakt mit wichtigen Geräten wie Pumpen und Wärmetauschern, die wahrscheinlich eine Wartung aus der Ferne erfordern und kostspielig sein könnten.

Für bestimmte MSR ist eine chemische Verarbeitung vor Ort erforderlich, um die Kernmischung zu kontrollieren und Spaltprodukte loszuwerden.

Erforderliche Änderungen der Vorschriften, um deutlich unterschiedlichen Aspekten des Designs Rechnung zu tragen

Bei der Konstruktion bestimmter MSR-Konstruktionen werden Nickelbasislegierungen verwendet, um die Salzschmelze einzudämmen.

Legierungen auf Basis von Nickel und Eisen neigen unter hohem Neutronenfluss zur Versprödung. : 83

Korrosionsrisiko.

Salzschmelzen müssen ihren Redoxzustand wachsam überwachen, um die Gefahr von Korrosion zu verringern.

Dies stellt eine einzigartige Reihe von Herausforderungen für Systeme dar, die zirkulierendes Brennsalz verwenden, in denen eine komplizierte Mischung aus spaltbaren und fruchtbaren Isotopen zusammen mit ihren jeweiligen Produkten der Spaltung, Transmutation und des Zerfalls durch den Reaktor gepumpt wird.

Konstruktionen, die statisches Brennsalz verwenden, nutzen die Modularisierung des Themas. Das Brennsalz wird in Brennstiften gelagert, die regelmäßig, meist aufgrund von Neutronenbestrahlungsschäden, ausgetauscht werden, ist ein grundlegender Bestandteil des Betriebskonzepts; während die chemische Zusammensetzung des Kühlmittels Salz einfacher ist und unter geeigneter Redox-Zustandskontrolle die Brennstäbe oder den Reaktorbehälter in keiner Weise der Gefahr von Korrosion aussetzt.

(In Bezug auf die Regelung von Redoxzuständen), Bitte beachten Sie die Beschreibungen für die im Stallsalzreaktor verwendeten Brennstoff- und Kühlsalze.

Die MSRs, die in den 1960er Jahren am ORNL erstellt wurden, konnten nur für eine begrenzte Zeit risikofrei eingesetzt werden und arbeiteten nur bei etwa 650 °C.

Zu den potenziellen Korrosionsrisiken gehört die Auflösung von Chrom durch flüssige Fluorid-Thoriumsalze bei >700 °C, wodurch Edelstahlbauteile bedroht werden.

Andere typische Legierungsmittel wie Kobalt und Nickel sind anfällig für die Umwandlung durch Neutronenstrahlung, was die Lebensdauer verkürzt.

Für den Fall, dass Lithiumsalze (wie z.

FLiBe), Es ist zu einem Vorteil, wenn es teuer ist, 7Li zu verwenden, um die Tritiumproduktion zu reduzieren (Tritium hat die Fähigkeit, in rostfreie Stähle einzudringen), Versprödung zu verursachen und in die Umgebung zu fliehen).

Hastelloy N wurde von ORNL entwickelt, um bei der Bewältigung dieser Herausforderungen zu helfen, außerdem wird daran gearbeitet, zusätzliche Baustahlsorten für den Einsatz in Reaktoren (316H), 800H, inco 617) zuzulassen.

Einige MSR-Designs könnten geändert werden, um einen Brutreaktor zu schaffen, der in der Lage ist, nukleares Material zu erzeugen, das für den Einsatz in Waffen geeignet ist.

Sowohl die MSRE als auch die Flugzeugkernreaktoren verwendeten Anreicherungsgrade, die so hoch waren, dass sie gefährlich nahe an denen von Atombomben lagen. Diese Werte würden unter der überwiegenden Mehrheit der heutigen Regulierungssysteme, die für Kraftwerke gelten, gegen das Gesetz verstoßen. Die überwiegende Mehrheit der zeitgenössischen Designs umgeht dieses Problem.

Die Kernlebensdauer eines MSR, der moderierte thermische Neutronen verwendet, kann aufgrund von Neutronenschäden an festen Moderatormaterialien verkürzt werden. Zum Beispiel wurde der MSRE mit extrem lockeren Toleranzen für seine Graphit-Moderator-Sticks konstruiert, so dass Neutronenschäden ihre Größe variieren können, ohne die Moderator-Sticks selbst zu beschädigen. Da Graphit seine Größe ändert, wenn er mit Neutronen gestrahlt wird, ist es nicht möglich, Graphitrohre in zweiflüssigen MSR-Designs zu verwenden. Graphitrohre würden sich spalten und undicht werden, wenn sie in diesen Konstruktionen verwendet würden. Wegen der Notwendigkeit, eine Mäßigung zu verhindern, kann ein MSR, der schnelle Neutronen verwendet, sowieso keinen Graphit verwenden.

Thermische MSRs haben eine langsamere Verdopplungszeit als schnelle Neutronenbrüter, obwohl ihre Brutverhältnisse niedriger sind.

Salzschmelzen sind eine der vielen Methoden, die zur Kühlung von MSRs verwendet werden können.

Flüssigsalzgekühlte Festbrennstoffreaktoren haben verschiedene Namen, darunter Flüssigsalzreaktorsystem im Vorschlag der Generation IV, Flüssigsalzkonverterreaktoren (MSCR), fortschrittliche Hochtemperaturreaktoren (AHTR) und Fluorid-Hochtemperaturreaktoren. Alle diese Namen beziehen sich auf den gleichen Reaktortyp (FHR, bevorzugte DOE-Bezeichnung).

FHRs sind nicht in der Lage, Kraftstoff einfach wiederzuverarbeiten und haben Brennstäbe, die hergestellt und zertifiziert werden müssen. Dieser Prozess kann bis zu zwanzig Jahre ab dem Zeitpunkt der ersten Konzeption des Konzepts dauern. Das FHR behält die Sicherheit und die wirtschaftlichen Vorteile eines Niederdruck- und Hochtemperaturkühlmittels bei, Eigenschaften, die auch von flüssigmetallgekühlten Reaktoren geteilt werden. Bemerkenswerterweise gibt es keine Dampfproduktion im Kern, wie es in BWRs der Fall ist, so dass kein massiver, hochpreisiger Stahldruckbehälter (wie für DWRs erforderlich) erforderlich ist. Da sie bei hohen Temperaturen funktionieren kann, kann eine Brayton-Gasturbine, die sowohl effizient als auch leicht ist, für den Prozess der Umwandlung der Wärme in Strom verwendet werden.

Ein erheblicher Teil der Forschung, die derzeit an FHRs durchgeführt wird, konzentriert sich auf die Entwicklung winziger, kompakter Wärmetauscher, die das Volumen geschmolzenen Salzes und die damit verbundenen Kosten reduzieren können.

Das korrosive Potenzial von geschmolzenen Salzen kann ziemlich signifikant sein, und dieses Potenzial wächst mit steigender Temperatur.

In Bezug auf den Hauptkältekreislauf ist es wichtig, ein Material zu haben, das auch bei hohen Temperaturen und starker Strahlung korrosionsbeständig ist.

Experimente zeigen, dass Hastelloy-N und ähnliche Legierungen für diese Aufgaben bei Betriebstemperaturen bis etwa 700 °C geeignet sind.

Es fehlt jedoch an operativer Erfahrung.

Noch höhere Betriebstemperaturen sind wünschenswert – bei 850 °C wird die thermochemische Herstellung von Wasserstoff möglich.

Es wurden keine Tests durchgeführt, um Materialien für diesen Temperaturbereich zu validieren, obwohl Kohlenstoffverbundwerkstoffe, Molybdänlegierungen (z.

TZM), Hartmetalle sowie die Möglichkeit, ODS-Legierungen oder Werkstoffe auf Basis von Refraktärmetallen zu verwenden.

Ein privater Forscher hat vorgeschlagen, dass eine Lösung darin bestehen könnte, die neuen Beta-Titan-Au-Legierungen zu verwenden, da dies nicht nur den Betrieb bei sehr hohen Temperaturen ermöglichen würde, sondern auch die Sicherheitsmarge erhöhen würde.

Die Salzmischungen wurden ausgewählt, um den Reaktor funktionaler und sicherer zu machen.

Fluor hat nur ein stabiles Isotop (¹⁹F) und wird unter dem Einfluss von Neutronenbeschuss nicht leicht radioaktiv.

Im Gegensatz zu Chlor und den verschiedenen anderen Halogeniden hat Fluor auch eine geringere Neutronenabsorptionsrate und mildert (verlangsamt) Neutronen effektiver.

Hohe Temperaturen lassen Fluoride mit geringer Wertigkeit sieden, obwohl mehrere Pentafluoride und Hexafluoride bei sehr moderaten Temperaturen sieden.

Bevor sie auf ihre Bestandteile reduziert werden können, müssen sie auf extrem hohe Temperaturen erhitzt werden.

Wenn sie deutlich unter ihren jeweiligen Siedetemperaturen gehalten werden, werden geschmolzene Salze dieser Art als chemisch stabil bezeichnet.

Die Fluoridsalze haben eine geringe Wasserlöslichkeit und erzeugen keinen brennbaren Wasserstoff.

Chlor hat zwei stabile Isotope (35 Cl  und ³⁷ Cl) sowie ein langsam zerfallendes Isotop zwischen ihnen, das die Neutronenabsorption um ³⁵ Cl erleichtert.

Das Vorhandensein von Chloriden ermöglicht den Bau von schnellen Brütern.

Die Forschungsarbeiten an Reaktorkonstruktionen mit Chloridsalzen haben sich erheblich verringert.

Chlor muss im Gegensatz zu Fluor den Reinigungsprozess durchlaufen, um das schwerere stabile Isotop 37 Cl zu trennen, wodurch die Produktion von Schwefeltetrachlorid reduziert wird, die auftritt, wenn ³⁵Cl ein Neutron absorbiert, um 36 Cl zu werden, und dann durch Betazerfall zu ³⁶ S abgebaut wird.

Lithium muss in Form von gereinigtem ⁷ Li vorliegen, da ⁶Li Neutronen effektiv einfängt und Tritium produziert.

Selbst wenn reines ⁷Li verwendet wird, wird die Bildung erheblicher Mengen an Tritium durch lithiumhaltige Salze ausgelöst, analog zu Kernkraftwerken mit schwerem Wasser.

Um ihre Schmelzpunkte zu senken, werden Reaktorsalze häufig in Mischungen gefunden, die nahe an der Eutektik liegen. Aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes kann Salz beim Start leichter geschmolzen werden, und es besteht eine geringere Chance, dass das Salz gefriert, wenn es im Wärmetauscher gekühlt wird.

Da Fluoridsalze ein relativ großes Redoxfenster haben, ist das Redoxpotential des Schmelzsalzsystems modifizierbar. Mit der Zugabe von Beryllium kann die als Fluor-Lithium-Beryllium (oder FLiBe) bekannte Verbindung verwendet werden, um das Redoxpotenzial zu reduzieren und Korrosion nahezu zu beseitigen. Aufgrund der Tatsache, dass Beryllium ein sehr giftiges Element ist, müssen jedoch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen in das Design aufgenommen werden, um zu verhindern, dass etwas davon in die Umwelt freigesetzt wird. Eine Vielzahl verschiedener Salze hat auch das Potenzial, Korrosion in Rohrleitungen zu induzieren, insbesondere wenn der Reaktor heiß genug ist, um hochreaktiven Wasserstoff zu produzieren.

Bisher konzentrierten sich die meisten Studien auf FLiBe, hauptsächlich aufgrund der Tatsache, dass Lithium und Beryllium relativ gute Moderatoren sind und zusammen eine eutektische Salzkombination mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als jedes der Komponentensalze erzeugen.

Darüber hinaus kann eine Neutronenverdopplung in Beryllium auftreten, wodurch die Effizienz der Neutronenwirtschaft erhöht wird.

Nach der Aufnahme eines Neutrons wird der Berylliumkern an diesem Prozess teilnehmen, was zur Freisetzung von zwei Neutronen führt.

Wegen des salzhaltigen Benzins werden im Allgemeinen 1% oder 2% (Mol) UF4 zugesetzt.

Fluoride von Thorium und Plutonium wurden auch an einer Stelle verwendet.

ORNL war der erste Ort der Welt, der Methoden zur Herstellung und Verarbeitung von geschmolzenem Salz entdeckte. Die Entfernung von Oxiden, Schwefel und Metallverunreinigungen ist das Ziel des Reinigungsprozesses von Salz. Das Vorhandensein von Oxiden kann während des Betriebs des Reaktors zur Ablagerung fester Partikel führen. Bei der Betriebstemperatur erfordert der korrosive Angriff des Schwefels auf Nickelbasislegierungen deren Entfernung, damit der Prozess fortgesetzt werden kann. Zum Zwecke des Korrosionsschutzes müssen Strukturmetalle wie Chrom, Nickel und Eisen entfernt werden.

Eine Reinigungsstufe zur Reduzierung des Wassergehalts unter Verwendung von HF- und Helium-Sweepgas wurde für den Betrieb bei 400 °C spezifiziert.

Oxid- und Schwefelverunreinigungen in den Salzmischungen wurden durch Gassparging aus HF –  H2-Gemisch entfernt, wobei das Salz auf 600 °C erhitzt wurde.

Ein Vorteil, der mit der Verwendung eines MSR einhergehen kann, ist das Potenzial der Online-Verarbeitung.

Durch den Wegfall von Spaltprodukten, die einen großen Neutronenabsorptionsquerschnitt aufweisen, kann die Korrosion kontrolliert und die Neutronenökonomie, insbesondere Xenon, verbessert werden.

Aus diesem Grund ist der MSR eine ausgezeichnete Wahl für den Einsatz im neutronenarmen Thorium-Brennstoffkreislauf.

Die Online-Brennstoffverarbeitung kann das Risiko von Kraftstoffverarbeitungsunfällen mit sich bringen: 15, die die Freisetzung von Radioisotopen auslösen können.

Unter bestimmten Umständen, bei denen Thorium gezüchtet wird, würde das Zwischenprodukt Protactinium 233 Pa aus dem Reaktor entfernt und in hochreines ²³³U zerfallen, eine attraktive Komponente für die Herstellung von Bomben.

Aktuellere Designs schlagen vor, eine mit einer geringeren spezifischen Leistung oder eine zweite Thorium-Brutdecke zu verwenden.

Dies führt zu einer Verdünnung des Protactiniums in einem solchen Maße, dass nur ein kleiner Teil der Protactiniumatome in der Lage ist, ein zweites Neutron oder Proton über eine (n, 2n) chemische Reaktion (bei der ein einfallendes Neutron nicht absorbiert wird, sondern ein Neutron aus dem Kern schlägt) zu absorbieren, erzeugen ²³²U.

Da ²³²U eine kurze Halbwertszeit hat und seine Zerfallskette harte Gammastrahler enthält, verringert es die Erwünschtheit der isotopischen Zusammensetzung von Uran für die Verwendung in der Bombenproduktion.

Dieser Gewinn würde mit den erhöhten Ausgaben eines größeren spaltbaren Inventars oder eines zweiflüssigen Designs mit einer erheblichen Menge an Blanketsalz einhergehen. Es wäre jedoch möglich, diesen Nutzen zu erzielen.

Obwohl die wesentliche Technologie