Reattore A Sale Fuso: Ripensare il ciclo del combustibile nel futuro del nucleare?

Di Fouad Sabry

Cos'è il reattore a sale fuso

Un tipo di reattore nucleare a fissione noto come reattore a sale fuso, o MSR in breve, è quello in cui il principale refrigerante del reattore nucleare e /o il carburante è una miscela di sale fuso. Ci sono stati solo due MSR in funzione ed entrambi erano reattori di ricerca negli Stati Uniti. L'esperimento del reattore di sale fuso degli anni '60 mirava a dimostrare il concetto di una centrale nucleare che implementa un ciclo del combustibile al torio in un reattore autofertilizzante, mentre l'esperimento del reattore aereo degli anni '50 era motivato principalmente dalle dimensioni compatte offerte dalla tecnica. L'esperimento Aircraft Reactor è stato condotto negli anni '50. L'aumento della ricerca sui progetti di reattori di quarta generazione ha iniziato a rinvigorire l'interesse per la tecnologia e, a partire da settembre 2021, la Cina era sul punto di iniziare il suo MSR al torio TMSR-LF1. Questo interesse è stato suscitato dal fatto che numerosi paesi avevano progetti che utilizzavano la tecnologia.

Come ne trarrai vantaggio

(I) Approfondimenti e convalide sulla seguenti argomenti:

Capitolo 1: Reattore a sali fusi

Capitolo 2: Reattore nucleare

Capitolo 3: Reattore a letto di ghiaia

Capitolo 4: Reattore Breeder

Capitolo 5: Reattore a neutroni veloci

Capitolo 6: Coefficiente di vuoto

Capitolo 7: Sicurezza nucleare passiva

Capitolo 8: Combustibile nucleare

Capitolo 9: Reattore di quarta generazione

Capitolo 10: Reattore a gas ad alta temperatura

Capitolo 11: Ciclo del combustibile al torio

Capitolo 12: Alvin M. Weinberg

Capitolo 13: Esperimento del reattore di sale fuso

Capitolo 14: Reattore al torio a fluoruro liquido

Capitolo 15: FLiBe

Capitolo 16: Energia nucleare a base di torio

Capitolo 17: Reattore a sale fuso integrale

Capitolo 18: Reattore nucleare ThorCon

Capitolo 19: Reattore a doppio fluido

Capitolo 20: Reattore a sale stabile

Capitolo 21: TMSR -LF1

(II) Rispondere alle principali domande del pubblico sul reattore a sali fusi.

(III) Esempi del mondo reale per l'utilizzo del reattore a sali fusi in molti campi.

(IV) 17 appendici per spiegare, brevemente, 266 tecnologie emergenti in ciascun settore per avere una comprensione completa a 360 gradi delle tecnologie dei reattori a sali fusi.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che vogliono andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di reattore a sali fusi.

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 8 nov 2022

Anteprima del libro

Diritto d’autore

Reattore a sali fusi Copyright © 2022 di Fouad Sabry. Tutti i diritti riservati.

Tutti i diritti riservati. Nessuna parte di questo libro può essere riprodotta in qualsiasi forma o con qualsiasi mezzo elettronico o meccanico, compresi i sistemi di archiviazione e recupero delle informazioni, senza il permesso scritto dell'autore. L'unica eccezione è quella di un recensore, che può citare brevi estratti in una recensione.

Copertina disegnata da Fouad Sabry.

Questo libro è un'opera di finzione. Nomi, personaggi, luoghi e incidenti sono prodotti dell'immaginazione dell'autore o sono usati fittiziamente. Qualsiasi somiglianza con persone reali, vive o morte, eventi o luoghi è del tutto casuale.

Bonus

È possibile inviare un'e-mail a [e-mail] con oggetto Reattore a sali fusi: ripensare il ciclo del combustibile nel futuro dell'energia nucleare? , e riceverai un'e-mail che contiene i primi capitoli di questo libro.

Fouad Sabry

Visita il sito web di 1BK all'indirizzo

www.1BKOfficial.org

Prefazione

Perché ho scritto questo libro?

La storia della scrittura di questo libro è iniziata nel 1989, quando ero uno studente della Secondary School of Advanced Students.

È straordinariamente simile alle scuole STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica), che sono ora disponibili in molti paesi avanzati.

STEM è un curriculum basato sull'idea di educare gli studenti in quattro discipline specifiche - scienza, tecnologia, ingegneria e matematica - in un approccio interdisciplinare e applicato. Questo termine è tipicamente usato per indirizzare una politica educativa o una scelta di curriculum nelle scuole. Ha implicazioni per lo sviluppo della forza lavoro, le preoccupazioni per la sicurezza nazionale e la politica di immigrazione.

C'era una lezione settimanale in biblioteca, dove ogni studente è libero di scegliere qualsiasi libro e leggere per 1 ora. L'obiettivo del corso è quello di incoraggiare gli studenti a leggere materie diverse dal curriculum educativo.

In biblioteca, mentre guardavo i libri sugli scaffali, ho notato libri enormi, per un totale di 5.000 pagine in 5 parti. Il nome del libro è The Encyclopedia of Technology, che descrive tutto ciò che ci circonda, dallozero assoluto ai semiconduttori, quasi ogni tecnologia, a quel tempo, era spiegata con illustrazioni colorate e parole semplici. Ho iniziato a leggere l'enciclopedia e, naturalmente, non sono stato in grado di finirlo nella lezione settimanale di 1 ora.

Così, ho convinto mio padre a comprare l'enciclopedia. Mio padre ha comprato tutti gli strumenti tecnologici per me all'inizio della mia vita, il primo computer e la prima enciclopedia tecnologica, ed entrambi hanno un grande impatto su di me e sulla mia carriera.

Ho finito l'intera enciclopedia nelle stesse vacanze estive di quest'anno, e poi ho iniziato a vedere come funziona l'universo e come applicare quella conoscenza ai problemi quotidiani.

La mia passione per la tecnologia è iniziata più di 30 anni fa e ancora il viaggio continua.

Questo libro fa parte di The Encyclopedia of Emerging Technologies che è il mio tentativo di dare ai lettori la stessa straordinaria esperienza che ho avuto quando ero al liceo, ma invece delle tecnologie del 20 ° secolo  , sono più interessato alle tecnologie, alle applicazioni e alle soluzioni industriali emergenti del 21° secolo.

The Encyclopedia of Emerging Technologies sarà composto da 365 libri, ogni libro sarà incentrato su una singola tecnologia emergente. Puoi leggere l'elenco delle tecnologie emergenti e la loro categorizzazione per settore nella parte di Coming Soon, alla fine del libro.

365 libri per dare ai lettori la possibilità di aumentare le loro conoscenze su una singola tecnologia emergente ogni giorno nel corso di un anno.

Introduzione

Come ho scritto questo libro?

In ogni libro di The Encyclopedia of Emerging Technologies, sto cercando di ottenere intuizioni di ricerca istantanee e grezze, direttamente dalle menti delle persone, cercando di rispondere alle loro domande sulla tecnologia emergente.

Ci sono 3 miliardi di ricerche su Google ogni giorno e il 20% di queste non è mai stato visto prima. Sono come una linea diretta con i pensieri delle persone.

A volte è Come faccio a rimuovere l'inceppamento della carta. Altre volte, sono le paure strazianti e i desideri segreti che oserebbero sempre e solo condividere con Google.

Nella mia ricerca di scoprire una miniera d'oro non sfruttata di idee di contenuto su Reattore a sali fusi, uso molti strumenti per ascoltare i dati di completamento automatico dai motori di ricerca come Google, quindi sforna rapidamente ogni frase e domanda utile, le persone stanno chiedendo intorno alla parola chiave Reattore a sali fusi.

È una miniera d'oro di intuizioni delle persone, che posso usare per creare contenuti, prodotti e servizi freschi e ultra-utili. Le persone gentili, come te, vogliono davvero.

Le ricerche di persone sono il set di dati più importante mai raccolto sulla psiche umana. Pertanto, questo libro è un prodotto dal vivo e costantemente aggiornato da sempre più risposte a nuove domande su Reattore a sali fusi, poste da persone, proprio come te e me, che si interrogano su questa nuova tecnologia emergente e vorrebbero saperne di più.

L'approccio per scrivere questo libro è quello di ottenere un livello più profondo di comprensione di come le persone cercano intorno a Reattore a sali fusi, rivelando domande e domande che non penserei necessariamente dalla cima della mia testa, e rispondendo a queste domande in parole super facili e digeribili, e di navigare nel libro in modo diretto.

Quindi, quando si tratta di scrivere questo libro, mi sono assicurato che sia il più ottimizzato e mirato possibile. Lo scopo di questo libro è aiutare le persone a comprendere ulteriormente e far crescere le loro conoscenze sul Reattore a sali fusi. Sto cercando di rispondere alle domande delle persone il più fedelmente possibile e mostrando molto di più.

È un modo fantastico e bello per esplorare le domande e i problemi che le persone hanno e rispondere direttamente, e aggiungere intuizione, convalida e creatività al contenuto del libro - anche presentazioni e proposte. Il libro svela aree ricche, meno affollate e talvolta sorprendenti della domanda di ricerca che altrimenti non raggiungerei. Non c'è dubbio che, ci si aspetta che aumenti la conoscenza delle menti dei potenziali lettori, dopo aver letto il libro usando questo approccio.

Ho applicato un approccio unico per rendere il contenuto di questo libro sempre fresco. Questo approccio dipende dall'ascolto delle menti delle persone, utilizzando gli strumenti di ascolto della ricerca. Questo approccio mi ha aiutato a:

Incontra i lettori esattamente dove si trovano, in modo da poter creare contenuti pertinenti che colpiscano una corda e guidino una maggiore comprensione dell'argomento.

Tieni il dito saldamente sul polso, in modo da poter ricevere aggiornamenti quando le persone parlano di questa tecnologia emergente in modi nuovi e monitorare le tendenze nel tempo.

Scopri tesori nascosti di domande che richiedono risposte sulla tecnologia emergente per scoprire intuizioni inaspettate e nicchie nascoste che aumentano la pertinenza del contenuto e gli danno un vantaggio vincente.

Gli elementi costitutivi per scrivere questo libro includono quanto segue:

(1) Ho smesso di perdere tempo in congetture e congetture sul contenuto voluto dai lettori, ho riempito il contenuto del libro con ciò di cui la gente ha bisogno e ho detto addio alle infinite idee di contenuto basate su speculazioni.

(2) Ho preso decisioni solide, e preso meno rischi, per ottenere posti in prima fila per ciò che le persone vogliono leggere e vogliono sapere - in tempo reale - e utilizzare i dati di ricerca per prendere decisioni audaci, su quali argomenti includere e quali argomenti escludere.

(3) Ho semplificato la mia produzione di contenuti per identificare le idee di contenuto senza dover passare manualmente al setaccio le opinioni individuali per risparmiare giorni e persino settimane di tempo.

È meraviglioso aiutare le persone ad aumentare le loro conoscenze in modo semplice semplicemente rispondendo alle loro domande.

Penso che l'approccio alla scrittura di questo libro sia unico in quanto raccoglie e tiene traccia delle domande importanti poste dai lettori sui motori di ricerca.

Riconoscimenti

Scrivere un libro è più difficile di quanto pensassi e più gratificante di quanto avrei mai potuto immaginare. Nulla di tutto ciò sarebbe stato possibile senza il lavoro svolto da prestigiosi ricercatori, e vorrei riconoscere i loro sforzi per aumentare la conoscenza del pubblico su questa tecnologia emergente.

Dedica

Per gli illuminati, quelli che vedono le cose in modo diverso e vogliono che il mondo sia migliore - non amano lo status quo o lo stato esistente. Puoi essere troppo in disaccordo con loro, e puoi discutere ancora di più con loro, ma non puoi ignorarli e non puoi sottovalutarli, perché cambiano sempre le cose ... Spingono la razza umana in avanti, e mentre alcuni possono vederli come pazzi o dilettanti, altri vedono geni e innovatori, perché quelli che sono abbastanza illuminati da pensare di poter cambiare il mondo, sono quelli che lo fanno, e conducono le persone all'illuminazione.

Epigrafe

Un tipo di reattore a fissione nucleare noto come reattore a sali fusi, o MSR in breve, è uno in cui il principale refrigerante del reattore nucleare e / o il combustibile è una miscela di sale fuso. Ci sono sempre stati solo due MSR in funzione, ed entrambi erano reattori di ricerca negli Stati Uniti. L'esperimento del reattore a sali fusi degli anni 1960 mirava a dimostrare il concetto di una centrale nucleare che implementa un ciclo del combustibile al torio in un reattore autofertilizzante, mentre l'esperimento del reattore aeronautico degli anni 1950 era principalmente motivato dalle dimensioni compatte offerte dalla tecnica. L'esperimento del reattore aeronautico è stato condotto nel 1950. L'aumento della ricerca sui progetti di reattori di quarta generazione ha iniziato a rinvigorire l'interesse per la tecnologia e, a partire da settembre 2021, la Cina era sul punto di iniziare il suo TMSR-LF1 torio MSR. Questo interesse è stato suscitato dal fatto che numerosi paesi avevano progetti che utilizzavano la tecnologia.

Sommario

Diritto d’autore

Bonus

Prefazione

Introduzione

Riconoscimenti

Dedica

Epigrafe

Sommario

Capitolo 6: Reattore a sali fusi

Capitolo 2: Reattore nucleare

Capitolo 3: Reattore autofertilizzante

Capitolo 4: Reattore autofertilizzante

Capitolo 5: Reattore a neutroni veloci

Capitolo 6: Sicurezza nucleare passiva

Capitolo 7: Combustibile nucleare

Capitolo 7: Combustibile nucleare

Capitolo 9: Reattore di IV generazione

Capitolo 9: Reattore ad acqua supercritica

Capitolo 11: Reattore veloce raffreddato a piombo

Capitolo 12: Alvin M. Weinberg

Capitolo 13: Esperimento del reattore a sali fusi

Capitolo 14: Reattore fluoruro torio liquido

Capitolo 15: Fuji Molten Salt Reactor

Capitolo 16: Elenco dei progetti di piccoli reattori modulari

Capitolo 17: Reattore integrale a sali fusi

Capitolo 18: Energia nucleare basata sul torio

Capitolo 19: Reattore integrale a sali fusi

Capitolo 20: Energia transatomica

Capitolo 21: Reattore a sali stabili

Epilogo

Informazioni sull'autore

Prossimamente

Appendici: Tecnologie emergenti in ogni settore

Capitolo 6: Reattore a sali fusi

Un tipo di reattore a fissione nucleare noto come reattore a sali fusi, o MSR in breve, è uno in cui il principale refrigerante del reattore nucleare e / o il combustibile è una miscela di sale fuso. Ci sono sempre stati solo due MSR in funzione, ed entrambi erano reattori di ricerca negli Stati Uniti. L'esperimento del reattore a sali fusi degli anni 1960 mirava a dimostrare il concetto di una centrale nucleare che implementa un ciclo del combustibile al torio in un reattore autofertilizzante, mentre l'esperimento del reattore aeronautico degli anni 1950 era principalmente motivato dalle dimensioni compatte offerte dalla tecnica. L'esperimento del reattore aeronautico è stato condotto nel 1950. L'aumento della ricerca sui progetti di reattori di quarta generazione ha iniziato a rinvigorire l'interesse per la tecnologia, con vari paesi che hanno progetti e, a partire da settembre 2021, la Cina è sul punto di iniziare il suo reattore MSR al torio TMSR-LF1. [Citazione necessaria].

Si ritiene che gli MSR siano più sicuri dei reattori convenzionali a causa del fatto che funzionano con combustibile che è già allo stato fuso. Inoltre, in caso di emergenza, la miscela di carburante è progettata per drenare dal nucleo e in un recipiente di contenimento, dove si solidifica nei serbatoi di scarico del carburante. Ciò elimina la possibilità che i reattori tradizionali (a combustibile solido) subiscano una fusione nucleare incontrollata e le relative esplosioni di idrogeno, come si è visto durante la tragedia nucleare di Fukushima. Invece di aumentare la pressione all'interno dei tubi del combustibile durante la vita del combustibile, come avviene nei tradizionali reattori a combustibile solido, questo tipo di reattore mantiene una pressione costante per tutto il tempo. Gli MSR hanno anche la capacità di essere riforniti mentre funzionano, che è effettivamente la stessa cosa del ritrattamento nucleare online. I reattori convenzionali, d'altra parte, devono essere spenti per essere riforniti (i reattori ad acqua pesante come il CANDU o i PHWR di classe Atucha sono un'eccezione degna di nota).

Un'ulteriore caratteristica chiave degli MSR sono le temperature di esercizio di circa 700 °C (1.292 °F), significativamente superiori ai LWR tradizionali a circa 300 °C (572 °F), che offrono un livello più elevato di efficienza nella produzione di elettricità, il potenziale degli impianti che immagazzinano energia per la rete, la produzione economica di idrogeno e, in alcuni casi, le opzioni per ridurre il calore di processo.

La corrosività dei sali caldi e la composizione chimica mutevole del sale quando viene trasmutato dal flusso di neutroni nel nocciolo del reattore sono entrambe difficoltà rilevanti che devono essere affrontate durante tutto il processo di progettazione.

Gli MSR offrono una moltitudine di vantaggi che sono incomparabili a quelli forniti dai reattori nucleari convenzionali; Ma, per ragioni storiche, non sono stati attuati.

Rispetto ai reattori convenzionali, gli MSR, in particolare quelli in cui il combustibile è disciolto nel sale, hanno una serie di caratteristiche distintive. La pressione all'interno di un nocciolo del reattore potrebbe essere piuttosto bassa, ma la temperatura potrebbe essere piuttosto alta. A questo proposito, un MSR è più analogo a un reattore raffreddato ad acqua leggera che utilizza metallo liquido per il raffreddamento di quanto non lo sia a un normale reattore ad acqua leggera. In contrasto con il combustibile unico che viene utilizzato nella maggior parte delle centrali nucleari degli Stati Uniti al momento attuale, gli MSR sono spesso concepiti come reattori di riproduzione dotati di cicli di combustibile chiusi.

Al fine di limitare le escursioni di reattività, i concetti di sicurezza dipendono da un coefficiente di temperatura di reattività negativo e da un probabile aumento significativo della temperatura. È possibile installare un secondo contenitore che viene raffreddato passivamente sotto il reattore come tecnica alternativa per spegnere il reattore. In caso di malfunzionamento, nonché ai fini della manutenzione ordinaria, il combustibile viene scaricato dal reattore. La reazione nucleare a catena viene interrotta e questo funziona anche come meccanismo di raffreddamento secondario. Per alcuni progetti sperimentali subcritici molto sicuri, sono stati suggeriti acceleratori che producono neutroni come soluzione.

Gli MSR hanno numerosi potenziali vantaggi rispetto ai reattori ad acqua leggera già in uso:

La rimozione del calore dal processo di decadimento viene effettuata passivamente negli MSR, proprio come in tutti i progetti di reattori a bassa pressione. Poiché il combustibile e il refrigerante sono lo stesso fluido in alcuni progetti, la rimozione del refrigerante rimuove anche il combustibile del reattore. Questo è analogo al modo in cui la rimozione del moderatore in un LWR rimuove anche il refrigerante in quel progetto. A differenza del vapore, i sali di fluoro hanno difficoltà a dissolversi in acqua e non producono idrogeno che può essere bruciato. I sali fusi, a differenza dell'acciaio e dell'ossido di uranio solido, non sono danneggiati dal bombardamento di neutroni che si verifica nel nocciolo del reattore; Eppure, il contenitore del reattore lo è ancora.

Poiché un MSR a bassa pressione non ha il vapore radioattivo ad alta pressione di un BWR, non subisce perdite di vapore radioattivo e acqua di raffreddamento e non richiede il costoso contenimento, il contenitore con nucleo in acciaio, le tubazioni e le apparecchiature di sicurezza necessarie per contenere il vapore radioattivo. La stragrande maggioranza dei progetti MSR, d'altra parte, prevede che il fluido che trasporta prodotti di fissione radioattivi sia a diretto contatto con pompe e scambiatori di calore.

Poiché gli MSR sono in grado di funzionare con neutroni lenti, esiste la possibilità che rendano i cicli chiusi del combustibile nucleare più convenienti. Qualsiasi reattore che completa il ciclo del combustibile nucleare e quindi riduce le conseguenze ambientali, a condizione che il piano sia attuato nella sua interezza, include: Attraverso un processo di separazione chimica, gli attinidi di lunga durata vengono riconvertiti in combustibile per reattori. La maggior parte delle scorie che vengono rilasciate sono prodotti di fissione, spesso noti come ceneri nucleari, che hanno emivite più brevi. Per questo motivo, la quantità di tempo necessaria per il contenimento geologico è ridotta dalle decine di migliaia di anni richiesti dal combustibile nucleare esaurito da un reattore ad acqua leggera a soli 300 anni. Inoltre, consente l'uso di combustibili nucleari alternativi come il torio.

Il pirotrattamento potrebbe essere utilizzato sulla fase liquida del combustibile per estrarre prodotti di fissione, noti anche come ceneri nucleari, dai combustibili attinidi. Ciò può offrire vantaggi rispetto al metodo più tradizionale di ritrattamento, nonostante il fatto che sia ancora necessario uno sviluppo significativo.

La produzione di barre di combustibile non è necessaria (sostituita con la sintesi del sale combustibile).

Alcuni progetti sono compatibili con lo spettro dei neutroni veloci, che possono bruciare materiali transuranici fastidiosi da reattori nucleari standard ad acqua leggera, come Pu240, Pu241 e superiori (plutonio di grado reattore).

In meno di un minuto, un MSR può rispondere ai cambiamenti nel carico (a differenza delle centrali nucleari a combustibile solido tradizionali che soffrono di avvelenamento da xeno).

I reattori a sali fusi sono in grado di funzionare a temperature elevate, il che si traduce in un maggiore livello di efficienza termica. Ciò si traduce in una riduzione delle dimensioni, dei costi e degli effetti sull'ambiente.

Gli MSR hanno il potenziale per fornire un'elevata potenza specifica, che si riferisce a un'elevata potenza a una massa bassa, come mostrato da ARE.

A causa del suo potenziale per un'economia neutronica favorevole, l'MSR è un'opzione interessante per il ciclo del combustibile al torio carente di neutroni.

Relativamente pochi progressi rispetto alla maggior parte dei progetti Gen IV

Nei sistemi che utilizzano sale combustibile circolante, i radionuclidi che vengono disciolti nel combustibile entrano in contatto con parti significative di apparecchiature come pompe e scambiatori di calore, che probabilmente richiederebbero manutenzione da eseguire a distanza e potrebbero essere costosi.

Per alcuni MSR è necessario un trattamento chimico in loco per controllare la miscela del nocciolo ed eliminare i prodotti di fissione.

Modifiche richieste ai regolamenti al fine di accogliere aspetti significativamente diversi della progettazione

Le leghe a base di nichel sono utilizzate nella costruzione di alcuni progetti MSR per contenere il sale fuso.

Le leghe a base di nichel e ferro sono soggette a infragilimento sotto elevato flusso di neutroni. : 83

Rischio di corrosione.

I sali fusi necessitano di un attento monitoraggio del loro stato redox per mitigare il pericolo di corrosione.

Ciò presenta una serie unica di sfide per i sistemi che utilizzano sale combustibile circolante, in cui una complicata miscela di isotopi fissili e fertili, insieme ai rispettivi prodotti di fissione, trasmutazione e decadimento, viene pompata attraverso il reattore.

I progetti che utilizzano sale combustibile statico utilizzano la modularizzazione del problema. Il sale combustibile è immagazzinato all'interno di perni di combustibile, che vengono sostituiti regolarmente, principalmente a causa del danno da irradiazione neutronica, è una componente fondamentale del concetto operativo; mentre la composizione chimica del sale refrigerante è più semplice e, sotto adeguato controllo dello stato redox, non mette in alcun modo i perni del combustibile o il contenitore del reattore a rischio di corrosione.

(In riferimento al controllo degli stati redox), Si prega di fare riferimento alle descrizioni fornite per il combustibile e i sali di refrigerante utilizzati nel reattore a sali stabili.

Gli MSR che sono stati creati all'ORNL nel 1960 potevano essere utilizzati solo in modo privo di rischi per un periodo di tempo limitato e funzionavano solo a circa 650 ° C.

I potenziali rischi di corrosione includono la dissoluzione del cromo da parte di sali di fluoruro torio liquido a >700 °C, minacciando così i componenti in acciaio inossidabile.

Altri agenti leganti tipici, come il cobalto e il nichel, sono suscettibili alla trasformazione da parte della radiazione neutronica, riducendo la durata della vita.

Nel caso in cui i sali di litio (come ad es.

FLiBe), è a proprio vantaggio, se costoso, fare uso di 7Li per ridurre la produzione di trizio (il trizio ha la capacità di filtrare negli acciai inossidabili), causare infragilimento e fuggire verso l'ambiente circostante).

Hastelloy N è stato creato dall'ORNL per aiutare ad affrontare queste sfide, inoltre, si sta lavorando per ottenere ulteriori tipi di acciaio strutturale approvati per l'uso nei reattori (316H), 800H, inco 617).

Alcuni progetti MSR potrebbero essere modificati per creare un reattore autofertilizzante in grado di generare materiale nucleare adatto all'uso nelle armi.

Sia l'MSRE che i reattori nucleari degli aerei impiegavano livelli di arricchimento così alti da essere pericolosamente vicini a quelli usati nelle bombe nucleari. Questi livelli violerebbero la legge sotto la stragrande maggioranza dei sistemi normativi contemporanei che sono in atto per le centrali elettriche. La stragrande maggioranza dei design contemporanei elude questo problema.

La durata di vita del nucleo di un MSR che fa uso di neutroni termici moderati può essere ridotta a causa del danno neutronico ai materiali solidi del moderatore. Ad esempio, l'MSRE è stato costruito con tolleranze estremamente libere per i suoi bastoncini moderatori di grafite in modo che il danno neutronico possa variare le loro dimensioni senza causare alcun danno agli stick del moderatore stesso. Poiché la grafite cambia dimensione quando viene sabbiata con neutroni, non è possibile utilizzare tubazioni di grafite in progetti MSR a due fluidi. I tubi di grafite si dividerebbero e perderebbero se fossero usati in questi progetti. A causa della necessità di prevenire la moderazione, un MSR che utilizza neutroni veloci non può comunque impiegare grafite.

Gli MSR termici hanno un tempo di raddoppio più lento rispetto agli autofertilizzanti a neutroni veloci, nonostante il fatto che i loro rapporti di riproduzione siano inferiori.

I sali fusi sono uno dei tanti metodi che possono essere utilizzati per il raffreddamento degli MSR.

I reattori a combustibile solido raffreddati a sali fusi hanno diversi nomi, tra cui sistema di reattori a sali fusi nella proposta di IV generazione, reattori convertitori a sali fusi (MSCR), reattori avanzati ad alta temperatura (AHTR) e reattori ad alta temperatura al fluoruro. Tutti questi nomi si riferiscono allo stesso tipo di reattore (FHR, designazione DOE preferita).

Gli FHR non sono in grado di riprocessare semplicemente il carburante e hanno barre di combustibile che devono essere prodotte e certificate. Questo processo può richiedere fino a venti anni dal momento in cui il concetto viene concepito per la prima volta. L'FHR mantiene la sicurezza e i vantaggi economici di un refrigerante a bassa pressione e ad alta temperatura, caratteristiche condivise anche dai reattori raffreddati a metallo liquido. In particolare, non vi è alcuna produzione di vapore nel nocciolo, come nei BWR, quindi non c'è bisogno di un enorme recipiente a pressione in acciaio ad alto prezzo (come richiesto per i PWR). Poiché può funzionare ad alte temperature, una turbina a gas a ciclo Brayton efficiente e leggera può essere utilizzata per il processo di conversione del calore in energia.

Una parte significativa della ricerca che viene condotta sulle FHR in questo momento si concentra sullo sviluppo di scambiatori di calore piccoli e compatti in grado di ridurre i volumi di sali fusi e le spese connesse a tali quantità.

Il potenziale corrosivo dei sali fusi può essere piuttosto significativo e questo potenziale cresce con l'aumentare della temperatura.

Per quanto riguarda il circuito frigorifero principale, è fondamentale avere un materiale che sia resistente alla corrosione anche se sottoposto ad alte temperature e forti radiazioni.

Gli esperimenti dimostrano che Hastelloy-N e leghe simili sono adatte a questi compiti a temperature di esercizio fino a circa 700 °C.

Tuttavia, C'è una mancanza di esperienza operativa.

Sono auspicabili temperature operative ancora più elevate: a 850 °C diventa possibile la produzione termochimica di idrogeno.

Non sono stati effettuati test per convalidare i materiali per questo intervallo di temperatura, nonostante il fatto che i compositi di carbonio, le leghe di molibdeno (ad es.

TZM), carburi, nonché la possibilità di utilizzare leghe ODS o materiali a base di metalli refrattari.

Un ricercatore privato ha proposto che una soluzione potrebbe essere quella di impiegare le nuove leghe Au beta-titanio, poiché ciò non solo consentirebbe il funzionamento a temperature molto elevate, ma aumenterebbe anche il margine di sicurezza.

Le miscele di sali sono state selezionate per rendere il reattore più funzionale e sicuro.

Il fluoro ha un solo isotopo stabile (¹⁹F), e sotto l'influenza del bombardamento di neutroni non diventa facilmente radioattivo.

A differenza del cloro e dei molti altri alogenuri, il fluoro ha anche un tasso di assorbimento neutronico inferiore e modera (rallenta) i neutroni in modo più efficace.

Le alte temperature fanno bollire i fluoruri con bassa valenza, nonostante il fatto che diversi pentafluoruri ed esafluoruri bollano a temperature molto moderate.

Prima di poter essere ridotti alle loro parti componenti, devono essere riscaldati a temperature estremamente elevate.

Se mantenuti sostanzialmente al di sotto delle rispettive temperature di ebollizione, i sali fusi di questo tipo sono detti chimicamente stabili.

I sali di fluoro hanno una bassa solubilità in acqua e non creano idrogeno bruciabile.

Il cloro ha due isotopi stabili (35 Cl  e ³⁷ Cl), nonché un isotopo a lento decadimento tra di loro che facilita l'assorbimento dei neutroni di ³⁵ Cl.

La presenza di cloruri consente di costruire reattori autofertilizzanti rapidi.

C'è stata una significativa riduzione della quantità di ricerca condotta sui progetti di reattori che utilizzano sali di cloruro.

Il cloro, a differenza del fluoro, deve passare attraverso il processo di purificazione per separare l'isotopo stabile più pesante, ³⁷ Cl, riducendo così la produzione di tetracloruro di zolfo che si verifica quando ³⁵ Cl assorbe un neutrone per diventare 36 Cl, quindi si degrada per decadimento beta a ³⁶S.

Il litio deve essere sotto forma di ⁷ Li purificato, perché ⁶Li cattura efficacemente i neutroni e produce trizio.

Anche se viene utilizzato ⁷ Li puro, la creazione di notevoli quantità di trizio è innescata da sali contenenti litio, analogamente alle centrali nucleari che utilizzano acqua pesante.

Al fine di abbassare i loro punti di fusione, i sali del reattore si trovano spesso in miscele vicine all'eutettico. A causa del suo basso punto di fusione, il sale può essere fuso più facilmente all'avvio e c'è meno possibilità che il sale si congeli quando viene raffreddato nello scambiatore di calore.

Poiché i sali di fluoruro fusi hanno una finestra redox relativamente grande, il potenziale redox del sistema di sali fusi è suscettibile di modifiche. Con l'aggiunta di berillio, il composto noto come fluoro-litio-berillio (o FLiBe) può essere utilizzato per ridurre il potenziale redox e quasi eliminare la corrosione. Tuttavia, a causa del fatto che il berillio è un elemento molto velenoso, sarà necessario includere ulteriori misure di sicurezza nel progetto al fine di impedire che venga rilasciato nell'ambiente. Un'ampia varietà di sali diversi ha anche il potenziale di indurre corrosione nelle tubazioni, in particolare se il reattore è abbastanza caldo da produrre idrogeno altamente reattivo.

Ad oggi, la maggior parte degli studi si è concentrata su FLiBe, principalmente a causa del fatto che litio e berillio sono moderatori relativamente buoni e si combinano per generare una combinazione di sali eutettici con un punto di fusione inferiore rispetto a ciascuno dei sali componenti.

Inoltre, il raddoppio neutronico può verificarsi nel berillio, Aumentare l'efficienza dell'economia neutronica.

Dopo aver preso un neutrone, il nucleo di berillio si impegnerà in questo processo, che comporterà il rilascio di due neutroni.

A causa della benzina che contiene sali, generalmente  viene aggiunto l'1% o il 2% (per mole) di UF4.

Ad un certo punto sono stati utilizzati anche fluoruri di torio e plutonio.

L'ORNL è stato il primo posto al mondo a scoprire metodi per preparare e lavorare con il sale fuso. La rimozione di ossidi, zolfo e contaminanti metallici è l'obiettivo del processo di purificazione utilizzato sul sale. La presenza di ossidi potrebbe portare alla deposizione di particelle solide durante il funzionamento del reattore. Alla temperatura di esercizio, l'assalto corrosivo dello zolfo alle leghe a base di nichel richiede la loro rimozione in modo che il processo possa continuare. Ai fini del controllo della corrosione, i metalli strutturali come cromo, nichel e ferro devono essere rimossi.

È stato specificato uno stadio di purificazione con riduzione del contenuto d'acqua utilizzando gas di spazzamento HF ed elio per funzionare a 400 °C.

La contaminazione da ossido e zolfo nelle miscele di sali è stata rimossa utilizzando il gas sparging della miscela HF – H2 , con il sale riscaldato a 600 °C.

Un vantaggio che può derivare dall'utilizzo di un MSR è il potenziale dell'elaborazione online.

Eliminando i prodotti di fissione che hanno una grande sezione d'urto di assorbimento neutronico, la corrosione può essere controllata e l'economia neutronica può essere migliorata, in particolare lo xeno.

Per questo motivo, l'MSR è una scelta eccellente per l'uso nel ciclo del combustibile al torio povero di neutroni.

Il trattamento del combustibile online può introdurre rischi di incidenti nel trattamento del combustibile: 15 che possono innescare il rilascio di radioisotopi.

In alcune circostanze che coinvolgono la riproduzione del torio, il prodotto intermedio protoattinio 233 Pa verrebbe rimosso dal reattore e lasciato decadere in ²³³U altamente puro, un componente attraente per l'uso nella fabbricazione di bombe.

I progetti più aggiornati suggeriscono di utilizzarne uno con una potenza specifica inferiore o una seconda coperta di allevamento al torio.

Ciò si traduce in una diluizione del protoattinio a tal punto che solo una piccola frazione degli atomi di protoattinio è in grado di assorbire un secondo neutrone o protone, attraverso una reazione chimica (n, 2n) (in cui un neutrone incidente non viene assorbito ma invece fa uscire un neutrone dal nucleo), generare ²³²U.

Poiché ²³²U ha una breve emivita e la sua catena di decadimento contiene emettitori gamma duri, riduce la desiderabilità della composizione isotopica dell'uranio per l'uso nella produzione di bombe.

Questo guadagno verrebbe con l'aumento della spesa di un inventario fissile più grande o di un design a due fluidi con una quantità significativa di sale di coperta. Tuttavia, sarebbe possibile ottenere questo vantaggio.

Sebbene sia stata dimostrata la tecnologia essenziale per il riciclaggio del sale combustibile, è stata fatta solo su scala di